超级电容是一种介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的电源，主要依靠双电层和氧化还原假电容电荷储存电能。但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。基于其功率密度高、充放电时间短、循环寿命长、工作温度范围宽等优点，线已用于电动公交车，电动汽车等工具上的储能装置。

 

　　但是由于其能量密度低，成本高等缺点也使得超级电容与储能电池相较，不能占有有力的市场份额。针对这些缺点，科学家们也在努力的实验各种能够提升能量密度和降低成本的材料以期获得突破。下面我们就来看看今年内超级电容在材料方面的一些研究成果。

 

　　木材超级电容器与活性炭超级电容相差无多

 

　　报告显示，木材生物碳超级电容器能够产生与当今活性炭超级电容器相等的电量，但成本却更低且有利于保护环境。该报告发布于《电化学学报》。

 

　　报告研究小组组长、伊利诺伊斯大学可持续技术中心高级研究员JunhuaJiang表示，超级电容器与我们使用的电池相似。电池依赖化学反应持续生产电能，而超级电容器在其电极上集聚带电离子，并且在放电时迅速释放这些离子。这样一来，它能够闪电般地提供充足能量(如照相机的闪光灯)，或者即时满足能源网高峰期需求。

 

　　“对于需要即时充电或者需要即时能量供应的应用设备来说，超级电容器是完美配件，因为它能以更低的成本迅速完成充电，”JunhuaJiang说，其在交通、电子、太阳能与风能存储与配送方面应用前景广阔。

 

　　当今许多超级电容器使用活性炭，而活性炭来自于化石能源。“为了生成活性炭的微结构，即增加孔量并优化孔网，需要成本高昂、工序复杂的程序。这道程序的目的在于增加电极表面积，以及提高各孔迅速捕捉并释放离子的能力。”JunhuaJiang解释了生成活性炭微结构的原理。

 

　　对于木材电容器而言，其木质天然孔状结构可以直接视作电极表面，因此不必使用复杂的技术制造孔状结构。而木材生物碳，则可通过低氧加热木材获得。

 

　　对于某些木材，孔的尺寸与分布非常适合离子快速传输。本次研究使用了红刺柏，但是其他一些木材如枫树或者樱桃树也适用。

 

　　通常，在制作超级电容器时，通常需要成本高昂且腐蚀性强的化学物质用来加工活性炭，以此赋予电极必要的物理与化学性质。

 

　　“使用这些化学物质可能会对环境造成影响。我们应该避免或尽可能减轻对环境的破坏，”JunhuaJiang表示。

 

　　Jiang与他的团队用温和的硝酸激活生物碳，清除了生物碳的灰烬(如碳酸钙、碳酸钾和其他杂质)。该工序还具有另一个好处，硝酸化合物作用产生的溶剂能够当做化肥使用。

 

　　这些简单的方法显着降低了生产超级电容器所需的物质与环境成本。

 

　　“生物碳超级电容器的物质成本比活性炭超级电容器要低得多，”JunhuaJiang说。

 

　　当生物碳超级电容器使用寿命走到尽头时，可以粉碎电极并作为有机土壤改良剂使用，这将让土壤变得更加肥沃。“生物碳物质的性能可与当今高级碳物质相提并论，这包括碳纳米管与墨烯材料。这意味着，我们能以更低的物质成本、与环境成本实现等同的效率。”

 

　　焦化后的头发让超级电容器更环保

 

　　中国的科研人员使用烧焦的头发制成储能设备的重要构成。使用这项发明制造的产品将会取代传统电池，更加高效、环保。

 

　　目前，很多电池比如车载铅酸电池都很笨重，而且需要依靠有危险性的化学物质才能储能。随着移动电子产品的全球销售额不断增长，电池引发的环境问题越来越受到人们的重视，并激发科研人员投入到超级电容器的研发中。超级电容器使用可持续的碳材料制成，对环境无害。

 

　　然而，这些碳材料不但生产制造复杂，而且也不容易从化石燃料中获取。来自苏州大学的冯岩(音)及其科研小组使用简单的碳化过程把人的头发变为可用于超级电容器电极的碳片。

 

　　作为原始材料，人的头发有几点优势：成本低廉和资源丰富。人的头发含有天然的氮和硫，可以保留在碳片里，提升材料的导电性。人的头发由蛋白质构成，其纤维排列使碳片具有特殊的结构和很高的表面积，因此制造出的超级电容器能够进行快速充电。冯岩表示：“他们不仅可以为您的设备快速充电，还可以让设备的续航能力更持久。”

 

　　英国华威大学纳米材料和绿色化学专家AdamLee说道：“这项发现很有意思。这种材料通常被用作吸收剂，但很少用在电子设备上。和所有生物衍生材料面临的问题一样，是否有足够的头发用于商业用途?它的纯度是否能确保生产出可再生产品?”

 

　　现在，研究小组正在测试它们的新材料是否还能够用于传统的锂离子电池。

 

　　美用黏土开发出高温超级电容器

 

　　在自然界里，黏土丰富而廉价，却能成为一种超级电容器的关键成分。据物理学家组织网9月3日报道，美国莱斯大学科学家用黏土和一种电解液混合，开发出一种既能当电解液又能当隔离板使用的“复合板”，可作为一种新型高温超级电容器。相关论文在线发表于9月3日的《自然·科学报告》上。

 

　　“多年来，研究人员一直想造出像电池和超级电容器这样能在高温环境下稳定工作的能源存储设备，但由于传统材料本身性质的制约，一直未能攻克难题。”莱斯大学材料科学家帕里柯·阿加恩说，“我们的革新是找到了一种能在高温下保持稳定的、非传统的电解质/隔离板系统。”