美國麻省理工學(xué)院(MIT)官網(wǎng)10日公布了該校科學(xué)家發(fā)表在《自然˙材料學(xué)》上的最新研究成果:他們研制出首個不含碳的超級電容器,性能超過碳基材料,未來除用于電動汽車等新能源領(lǐng)域,還能用來生產(chǎn)可調(diào)節(jié)亮度的變色窗戶和探測痕量化學(xué)物質(zhì)的化學(xué)傳感器。

超級電容因充放電速度快、功率密度高等因素成為儲能系統(tǒng)的研究熱門。

但目前的超級電容都是利用碳基材料制成,包括碳納米管、石墨烯和活性炭,這些含碳超級電容在生產(chǎn)過程中需要800℃以上的高溫以及刺激性強(qiáng)的化學(xué)物質(zhì)。“而現(xiàn)在我們發(fā)現(xiàn)了一類不含碳的全新超級電容材料。”MIT助理化學(xué)教授米爾恰˙丁卡說。

這種全新電容用一類稱作金屬—有機(jī)物框架(MOFs)的材料制成。

MOFs具有像海綿一樣的多孔性結(jié)構(gòu),表面積比碳基材料大很多,而超大表面積對超級電容性能表現(xiàn)非常重要。但MOFs有一個大的缺陷,它們沒有超級電容要求的電子傳導(dǎo)性。丁卡表示,雖然他們讓MOFs具有導(dǎo)電性被認(rèn)為極其困難,但最終展現(xiàn)了MOFs非常好的離子傳導(dǎo)性能。

測試表明,新超級電容充放電1萬次后儲能損失不到10%,在許多關(guān)鍵性能參數(shù)的表現(xiàn)上,已經(jīng)相當(dāng)于甚至超越了現(xiàn)有的碳基材料。但丁卡表示,MOFs材料還有很大的優(yōu)化潛力,其表面積經(jīng)過優(yōu)化后,完全能達(dá)到現(xiàn)有碳基材料的3倍,其儲電量將達(dá)到驚人的高度。

除了比碳基材料稍貴外,MOFs優(yōu)勢明顯,表面積大,生產(chǎn)中的溫度和化學(xué)條件不再嚴(yán)苛。未來除用于超級電容外,還能用于儲存天然氣、生產(chǎn)可調(diào)節(jié)亮度的窗戶以及醫(yī)用或安全性檢測的化學(xué)探測器。

如果超級電容有一天用在汽車上,充電將不再是電動車推廣的瓶頸。可惜,完美的電容材料比電池電極材料更難研發(fā)。此次金屬和有機(jī)物的結(jié)合讓人眼前一亮。或許超級電容并不那么遙遠(yuǎn),已在柳暗花明處。大容量儲能的幾大技術(shù)方向還在競賽,超級電容能不能先撞線？拭目以待。