美國麻省理工學院(MIT)官網10日公布了該校科學家發表在《自然˙材料學》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域,還能用來生產可調節亮度的變色窗戶和探測痕量化學物質的化學傳感器。

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過程中需要800℃以上的高溫以及刺激性強的化學物質。“而現在我們發現了一類不含碳的全新超級電容材料。”MIT助理化學教授米爾恰˙丁卡說。

這種全新電容用一類稱作金屬—有機物框架(MOFs)的材料制成。

MOFs具有像海綿一樣的多孔性結構,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性。丁卡表示,雖然他們讓MOFs具有導電性被認為極其困難,但最終展現了MOFs非常好的離子傳導性能。

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

除了比碳基材料稍貴外,MOFs優勢明顯,表面積大,生產中的溫度和化學條件不再嚴苛。未來除用于超級電容外,還能用于儲存天然氣、生產可調節亮度的窗戶以及醫用或安全性檢測的化學探測器。

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。此次金屬和有機物的結合讓人眼前一亮。或許超級電容并不那么遙遠,已在柳暗花明處。大容量儲能的幾大技術方向還在競賽,超級電容能不能先撞線？拭目以待。