全新超級(jí)電容問(wèn)世 儲(chǔ)電性能大幅提升

美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)官網(wǎng)10月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(gè)不含碳的超級(jí)電容，性能超過(guò)碳基材料，未來(lái)除用于電動(dòng)汽車(chē)等新能源領(lǐng)域，還能用來(lái)生產(chǎn)可調(diào)節(jié)亮度的變色窗戶(hù)和探測(cè)痕量化學(xué)物質(zhì)的化學(xué)傳感器。

超級(jí)電容因充放電速度快、功率密度高等因素成為能源儲(chǔ)存系統(tǒng)的研究熱門(mén)。但目前的超級(jí)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(jí)電容在生產(chǎn)過(guò)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(lèi)不含碳的全新超級(jí)電容材料。”MIT助理化學(xué)教授米爾恰·丁卡說(shuō)。

這種全新電容用一類(lèi)稱(chēng)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(duì)超級(jí)電容性能表現(xiàn)非常重要。但MOFs有一個(gè)大的缺陷，它們沒(méi)有超級(jí)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(cè)試表明，新超級(jí)電容充放電1萬(wàn)次后儲(chǔ)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(guò)優(yōu)化后，完全能達(dá)到現(xiàn)有碳基材料的3倍，其儲(chǔ)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(shì)明顯，表面積大，生產(chǎn)中的溫度和化學(xué)條件不再?lài)?yán)苛。未來(lái)除用于超級(jí)電容外，還能用于儲(chǔ)存天然氣、生產(chǎn)可調(diào)節(jié)亮度的窗戶(hù)以及醫(yī)用或安全性檢測(cè)的化學(xué)探測(cè)器。

如果超級(jí)電容有一天用在汽車(chē)上，充電將不再是電動(dòng)車(chē)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(jí)電容并不那么遙遠(yuǎn)，已在柳暗花明處。大容量?jī)?chǔ)能的幾大技術(shù)方向還在競(jìng)賽，超級(jí)電容能不能先撞線？拭目以待。