美国麻省理工学院(MIT)官网10日公布了该校科学家发表在《自然·材料学》上的最新研究成果:他们研制出首个不含碳的超级电容器,性能超过碳基材料,未来除用于电动汽车等新能源领域,还能用来生产可调节亮度的变色窗户和探测痕量化学物质的化学传感器。
超级电容因充放电速度快、功率密度高等因素成为储能系统的研究热门。但目前的超级电容都是利用碳基材料制成,包括碳纳米管、石墨烯和活性炭,这些含碳超级电容在生产过程中需要800℃以上的高温以及刺激性强的化学物质。“而现在我们发现了一类不含碳的全新超级电容材料。”MIT助理化学教授米尔恰˙丁卡说。
这种全新电容用一类称作金属—有机物框架(MOFs)的材料制成。MOFs具有像海绵一样的多孔性结构,表面积比碳基材料大很多,而超大表面积对超级电容性能表现非常重要。但MOFs有一个大的缺陷,它们没有超级电容要求的电子传导性。丁卡表示,虽然他们让MOFs具有导电性被认为极其困难,但最终展现了MOFs非常好的离子传导性能。
测试表明,新超级电容充放电1万次后储能损失不到10%,在许多关键性能参数的表现上,已经相当于甚至超越了现有的碳基材料。但丁卡表示,MOFs材料还有很大的优化潜力,其表面积经过优化后,完全能达到现有碳基材料的3倍,其储电量将达到惊人的高度。
除了比碳基材料稍贵外,MOFs优势明显,表面积大,生产中的温度和化学条件不再严苛。未来除用于超级电容外,还能用于储存天然气、生产可调节亮度的窗户以及医用或安全性检测的化学探测器。
如果超级电容有一天用在汽车上,充电将不再是电动车推广的瓶颈。可惜,完美的电容材料比电池电极材料更难研发。此次金属和有机物的结合让人眼前一亮。或许超级电容并不那么遥远,已在柳暗花明处。大容量储能的几大技术方向还在竞赛,超级电容能不能先撞线?拭目以待。
