鉅大LARGE | 點擊量：747次 | 2022年09月05日
高效的超級電容器來了：性能數(shù)據(jù)可和當(dāng)前使用的電池相媲美
慕尼黑工業(yè)大學(xué)（TUM）的無機和金屬有機化學(xué)教授RolandFischer組成的團隊開發(fā)了一種高效的超級電容器。儲能裝置的基礎(chǔ)是新穎，功能強大且可持續(xù)的石墨烯混合材料，其性能數(shù)據(jù)可與當(dāng)前使用的電池相媲美。
通常，能量存儲與為電子設(shè)備提供能量的電池和蓄電池相關(guān)聯(lián)。但是，在筆記本電腦，照相機，手機或車輛中，近來越來越多地使用所謂的超級電容器。
與電池不同，它們可以快速存儲大量能量并以同樣快的速度釋放出來。例如，如果火車在進入車站時制動，則超級電容器會存儲能量，并在火車啟動時非常迅速地需要大量能量時再次提供能量。
然而，迄今為止，超級電容器的一個問題是它們?nèi)狈δ芰棵芏?。盡管鋰蓄電池的能量密度高達265千瓦時（KW/h），但到目前為止，超級電容器僅能提供其十分之一的能量。
可持續(xù)材料提供高性能
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
與TUM化學(xué)家RolandFischer合作的團隊現(xiàn)已開發(fā)出一種新穎，功能強大且可持續(xù)的石墨烯混合材料，用于超級電容器。它用作儲能裝置中的正極。研究人員正在將其與經(jīng)過驗證的基于鈦和碳的負極結(jié)合在一起。
這種新的儲能裝置不僅能達到高達73Wh/kg的能量密度（大致相當(dāng)于鎳氫電池的能量密度），而且在功率密度為16時也比大多數(shù)其他超級電容器性能要好得多。千瓦/千克新超級電容器的秘密在于不同材料的組合-因此，化學(xué)家將超級電容器稱為“不對稱”。
混合材料：自然是榜樣
研究人員押注了一種克服標(biāo)準(zhǔn)材料性能極限的新策略-他們利用混合材料。RolandFischer說：“大自然充滿了高度復(fù)雜的，經(jīng)過進化優(yōu)化的混合材料，例如骨骼和牙齒。它們的機械性能（例如硬度和彈性）是通過自然界中各種材料的組合來優(yōu)化的?！?/p>
研究團隊將結(jié)合基本材料的抽象思想轉(zhuǎn)移給了超級電容器。作為基礎(chǔ)，他們使用了具有化學(xué)修飾石墨烯的新型存儲單元正電極，并將其與納米結(jié)構(gòu)的金屬有機骨架（即所謂的MOF）結(jié)合使用。
強大穩(wěn)定
決定石墨烯雜化物性能的一方面是較大的比表面積和可控制的孔徑，另一方面是高電導(dǎo)率?！霸摬牧系母咝阅苁腔谖⒖譓OF與導(dǎo)電石墨烯酸的結(jié)合，”第一作者JayaramuluKolleboyina解釋說，他曾與RolandFischer共同工作。
大表面對于優(yōu)質(zhì)超級電容器很重要。它允許在材料內(nèi)收集大量的電荷載流子-這是電能存儲的基本原理。
通過熟練的材料設(shè)計，研究人員實現(xiàn)了將石墨烯酸與MOF連接的壯舉。所得的混合MOF具有非常大的內(nèi)表面，每克高達900平方米，并且在超級電容器中作為正極具有很高的性能。
長期穩(wěn)定
但是，這并不是新材料的唯一優(yōu)勢。為了獲得化學(xué)上穩(wěn)定的雜種，人們需要在組件之間建立牢固的化學(xué)鍵。根據(jù)菲舍爾的說法，這些鍵顯然與蛋白質(zhì)中氨基酸之間的鍵相同：“實際上，我們已經(jīng)將石墨烯酸與MOF氨基酸連接在一起，從而產(chǎn)生了一種肽鍵?！?/p>
納米結(jié)構(gòu)組件之間的穩(wěn)定連接在長期穩(wěn)定性方面具有巨大優(yōu)勢：鍵越穩(wěn)定，在不顯著降低性能的情況下，可以進行更多的充電和放電循環(huán)。
進行比較：經(jīng)典的鋰蓄電池的使用壽命約為5,000個循環(huán)。TUM研究人員開發(fā)的新電池即使經(jīng)過10,000次循環(huán)，仍可保持近90％的容量。
國際專家網(wǎng)
費舍爾強調(diào)，研究人員控制自己不受限制的國際合作對于開發(fā)新型超級電容器至關(guān)重要。因此，JayaramuluKolleboyina組建了團隊。他是亞歷山大·馮·洪堡基金會（AlexandervonHumboldtFoundation）邀請的來自印度的客座科學(xué)家，現(xiàn)在他是查Jam新成立的印度理工學(xué)院化學(xué)系主任。
菲舍爾說：“我們的團隊還與巴塞羅那的電化學(xué)和電池研究專家以及來自捷克共和國的石墨烯衍生物專家建立了聯(lián)系?！薄按送?，我們已經(jīng)整合了來自美國和澳大利亞的合作伙伴。這種美好的國際合作對未來充滿了希望?！?/p>
