超級電容是一種介于傳統(tǒng)電容器與電池之間、具有特殊性能的電源，主要依靠雙電層和氧化還原假電容電荷儲存電能。但在其儲能的過程并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這種儲能過程是可逆的，也正因為此超級電容器可以反復(fù)充放電數(shù)十萬次。基于其功率密度高、充放電時間短、循環(huán)壽命長、工作溫度范圍寬等優(yōu)點，線已用于電動公交車，電動汽車等工具上的儲能裝置。

但是由于其能量密度低，成本高等缺點也使得超級電容與儲能電池相較，不能占有有力的市場份額。針對這些缺點，科學(xué)家們也在努力的實驗各種能夠提升能量密度和降低成本的材料以期獲得突破。下面我們就來看看今年內(nèi)超級電容在材料方面的一些研究成果。

木材超級電容器與活性炭超級電容相差無多

報告顯示，木材生物碳超級電容器能夠產(chǎn)生與當(dāng)今活性炭超級電容器相等的電量，但成本卻更低且有利于保護環(huán)境。該報告發(fā)布于《電化學(xué)學(xué)報》。

報告研究小組組長、伊利諾伊斯大學(xué)可持續(xù)技術(shù)中心高級研究員JunhuaJiang表示，超級電容器與我們使用的電池相似。電池依賴化學(xué)反應(yīng)持續(xù)生產(chǎn)電能，而超級電容器在其電極上集聚帶電離子，并且在放電時迅速釋放這些離子。這樣一來，它能夠閃電般地提供充足能量(如照相機的閃光燈)，或者即時滿足能源網(wǎng)高峰期需求。

“對于需要即時充電或者需要即時能量供應(yīng)的應(yīng)用設(shè)備來說，超級電容器是完美配件，因為它能以更低的成本迅速完成充電，”JunhuaJiang說，其在交通、電子、太陽能與風(fēng)能存儲與配送方面應(yīng)用前景廣闊。

當(dāng)今許多超級電容器使用活性炭，而活性炭來自于化石能源。“為了生成活性炭的微結(jié)構(gòu)，即增加孔量并優(yōu)化孔網(wǎng)，需要成本高昂、工序復(fù)雜的程序。這道程序的目的在于增加電極表面積，以及提高各孔迅速捕捉并釋放離子的能力。”JunhuaJiang解釋了生成活性炭微結(jié)構(gòu)的原理。

對于木材電容器而言，其木質(zhì)天然孔狀結(jié)構(gòu)可以直接視作電極表面，因此不必使用復(fù)雜的技術(shù)制造孔狀結(jié)構(gòu)。而木材生物碳，則可通過低氧加熱木材獲得。

對于某些木材，孔的尺寸與分布非常適合離子快速傳輸。本次研究使用了紅刺柏，但是其他一些木材如楓樹或者櫻桃樹也適用。

通常，在制作超級電容器時，通常需要成本高昂且腐蝕性強的化學(xué)物質(zhì)用來加工活性炭，以此賦予電極必要的物理與化學(xué)性質(zhì)。

“使用這些化學(xué)物質(zhì)可能會對環(huán)境造成影響。我們應(yīng)該避免或盡可能減輕對環(huán)境的破壞，”JunhuaJiang表示。

Jiang與他的團隊用溫和的硝酸激活生物碳，清除了生物碳的灰燼(如碳酸鈣、碳酸鉀和其他雜質(zhì))。該工序還具有另一個好處，硝酸化合物作用產(chǎn)生的溶劑能夠當(dāng)做化肥使用。

這些簡單的方法顯著降低了生產(chǎn)超級電容器所需的物質(zhì)與環(huán)境成本。

“生物碳超級電容器的物質(zhì)成本比活性炭超級電容器要低得多，”JunhuaJiang說。

當(dāng)生物碳超級電容器使用壽命走到盡頭時，可以粉碎電極并作為有機土壤改良劑使用，這將讓土壤變得更加肥沃。“生物碳物質(zhì)的性能可與當(dāng)今高級碳物質(zhì)相提并論，這包括碳納米管與墨烯材料。這意味著，我們能以更低的物質(zhì)成本、與環(huán)境成本實現(xiàn)等同的效率。”

焦化后的頭發(fā)讓超級電容器更環(huán)保

中國的科研人員使用燒焦的頭發(fā)制成儲能設(shè)備的重要構(gòu)成。使用這項發(fā)明制造的產(chǎn)品將會取代傳統(tǒng)電池，更加高效、環(huán)保。

目前，很多電池比如車載鉛酸電池都很笨重，而且需要依靠有危險性的化學(xué)物質(zhì)才能儲能。隨著移動電子產(chǎn)品的全球銷售額不斷增長，電池引發(fā)的環(huán)境問題越來越受到人們的重視，并激發(fā)科研人員投入到超級電容器的研發(fā)中。超級電容器使用可持續(xù)的碳材料制成，對環(huán)境無害。

然而，這些碳材料不但生產(chǎn)制造復(fù)雜，而且也不容易從化石燃料中獲取。來自蘇州大學(xué)的馮巖(音)及其科研小組使用簡單的碳化過程把人的頭發(fā)變?yōu)榭捎糜诔�級電容器電極的碳片。

作為原始材料，人的頭發(fā)有幾點優(yōu)勢：成本低廉和資源豐富。人的頭發(fā)含有天然的氮和硫，可以保留在碳片里，提升材料的導(dǎo)電性。人的頭發(fā)由蛋白質(zhì)構(gòu)成，其纖維排列使碳片具有特殊的結(jié)構(gòu)和很高的表面積，因此制造出的超級電容器能夠進行快速充電。馮巖表示：“他們不僅可以為您的設(shè)備快速充電，還可以讓設(shè)備的續(xù)航能力更持久。”

英國華威大學(xué)納米材料和綠色化學(xué)專家AdamLee說道：“這項發(fā)現(xiàn)很有意思。這種材料通常被用作吸收劑，但很少用在電子設(shè)備上。和所有生物衍生材料面臨的問題一樣，是否有足夠的頭發(fā)用于商業(yè)用途?它的純度是否能確保生產(chǎn)出可再生產(chǎn)品?”

現(xiàn)在，研究小組正在測試它們的新材料是否還能夠用于傳統(tǒng)的鋰離子電池。

美用黏土開發(fā)出高溫超級電容器

在自然界里，黏土豐富而廉價，卻能成為一種超級電容器的關(guān)鍵成分。據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)9月3日報道，美國萊斯大學(xué)科學(xué)家用黏土和一種電解液混合，開發(fā)出一種既能當(dāng)電解液又能當(dāng)隔離板使用的“復(fù)合板”，可作為一種新型高溫超級電容器。相關(guān)論文在線發(fā)表于9月3日的《自然·科學(xué)報告》上。

“多年來，研究人員一直想造出像電池和超級電容器這樣能在高溫環(huán)境下穩(wěn)定工作的能源存儲設(shè)備，但由于傳統(tǒng)材料本身性質(zhì)的制約，一直未能攻克難題。”萊斯大學(xué)材料科學(xué)家帕里柯·阿加恩說，“我們的革新是找到了一種能在高溫下