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锂电池霸主地位岌岌可危！新型高效超级电容器性能相当 寿命还更长

财联社（上海 ， 编辑 黄君芝）讯 ， 近日 ， 慕尼黑工业大学（TUM）无机和金属有机化学教授Roland Fischer的团队研发出了一种高效的超级电容器 。 该储能装置采用了一种既新型又强大、同时也是可持续发展的石墨烯混合材料作为正极 ， 与基于钛和碳的成熟负极相结合 ， 其性能数据与目前使用的电池基本相当 。
超级电容器与电池的不同之处在于 ， 它们可以快速储存大量能量 ， 并以同样快的速度释放 。 例如 ， 列车在进站时刹车 ， 超级电容器就会储存能量 ， 并在列车启动时非常快速地再次提供能量 。 然而 ， 此前由于能量密度问题 ， 超级电容器的发展一直止步不前：锂蓄电池的能量密度可达265千瓦时（KW/h） ， 而超级电容器只能达到其十分之一 。
不过 ， TUM此次的研究成果成功解决了上述问题 。 新型储能装置不仅能量密度高达73 Wh/kg ， 大致相当于镍氢电池的能量密度 ， 而且在功率密度为16 kW/kg的情况下 ， 其性能也远超其他大多数超级电容器 。 而其秘密就在于不同材料的组合 ， 化学家们将这种超级电容器称为“非对称” 。
研究人员此次使用了化学改性的石墨烯作为新型超级电容器的正极 ， 并将其与纳米结构的金属有机框架相结合 ， 即所谓的MOF相结合 。 这种混合材料具有较大的比表面积和可控的孔径 ， 而且导电性也较高 ， 这是其性能的决定性因素 。
锂电池霸主地位岌岌可危！新型高效超级电容器性能相当 寿命还更长文章插图
要知道 ， 一个大的表面对于好的超级电容器来说是很重要的 。 它允许在材料中分别收集大量的电荷 ， 这是电能存储的基本原理 。 通过巧妙的材料设计 ， 研究人员实现了将石墨烯酸与MOFs相连接的壮举 。 所得的混合MOFs具有非常大的内表面 ， 每克高达900平方米 。
锂电池霸主地位岌岌可危！新型高效超级电容器性能相当 寿命还更长文章插图
不过 ， 这并不是新材料的唯一优势 。 要想实现化学稳定的混合体 ， 需要各组分之间有很强的化学键 。 石墨烯酸与MOF氨基酸连接起来 ， 就形成了一种肽键 。
【锂电池霸主地位岌岌可危！新型高效超级电容器性能相当 寿命还更长】研究人员指出 ， 纳米结构成分之间的稳定连接 ， 在长期稳定性方面有着巨大的优势 。 键越稳定 ， 充放电循环次数就越多 ， 而不会有明显的性能损害 。 传统的锂电蓄能器的使用寿命约为5000次 ， 而新型超级电容器 ， 即使在10000次循环后 ， 仍能保持接近90%的容量 。


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