慕尼黑工業(yè)大學（TUM）的無機和金屬有機化學教授RolandFischer組成的團隊開發(fā)了一種高效的超級電容器。儲能裝置的基礎是新穎，功能強大且可持續(xù)的石墨烯混合材料，其性能數(shù)據(jù)可與當前使用的電池相媲美。

通常，能量存儲與為電子設備提供能量的電池和蓄電池相關聯(lián)。但是，在筆記本電腦，照相機，手機或車輛中，近來越來越多地使用所謂的超級電容器。

與電池不同，它們可以快速存儲大量能量并以同樣快的速度釋放出來。例如，如果火車在進入車站時制動，則超級電容器會存儲能量，并在火車啟動時非常迅速地需要大量能量時再次提供能量。

然而，迄今為止，超級電容器的一個問題是它們缺乏能量密度。盡管鋰蓄電池的能量密度高達265千瓦時（KW/h），但到目前為止，超級電容器僅能提供其十分之一的能量。

可持續(xù)材料提供高性能

與TUM化學家RolandFischer合作的團隊現(xiàn)已開發(fā)出一種新穎，功能強大且可持續(xù)的石墨烯混合材料，用于超級電容器。它用作儲能裝置中的正極。研究人員正在將其與經(jīng)過驗證的基于鈦和碳的負極結合在一起。

這種新的儲能裝置不僅能達到高達73Wh/kg的能量密度（大致相當于鎳氫電池的能量密度），而且在功率密度為16時也比大多數(shù)其他超級電容器性能要好得多。千瓦/千克新超級電容器的秘密在于不同材料的組合-因此，化學家將超級電容器稱為“不對稱”。

混合材料：自然是榜樣

研究人員押注了一種克服標準材料性能極限的新策略-他們利用混合材料。RolandFischer說：“大自然充滿了高度復雜的，經(jīng)過進化優(yōu)化的混合材料，例如骨骼和牙齒。它們的機械性能（例如硬度和彈性）是通過自然界中各種材料的組合來優(yōu)化的?！?/p>

研究團隊將結合基本材料的抽象思想轉移給了超級電容器。作為基礎，他們使用了具有化學修飾石墨烯的新型存儲單元正電極，并將其與納米結構的金屬有機骨架（即所謂的MOF）結合使用。

強大穩(wěn)定

決定石墨烯雜化物性能的一方面是較大的比表面積和可控制的孔徑，另一方面是高電導率?！霸摬牧系母咝阅苁腔谖⒖譓OF與導電石墨烯酸的結合，”第一作者JayaramuluKolleboyina解釋說，他曾與RolandFischer共同工作。

大表面對于優(yōu)質超級電容器很重要。它允許在材料內收集大量的電荷載流子-這是電能存儲的基本原理。

通過熟練的材料設計，研究人員實現(xiàn)了將石墨烯酸與MOF連接的壯舉。所得的混合MOF具有非常大的內表面，每克高達900平方米，并且在超級電容器中作為正極具有很高的性能。

長期穩(wěn)定

但是，這并不是新材料的唯一優(yōu)勢。為了獲得化學上穩(wěn)定的雜種，人們需要在組件之間建立牢固的化學鍵。根據(jù)菲舍爾的說法，這些鍵顯然與蛋白質中氨基酸之間的鍵相同：“實際上，我們已經(jīng)將石墨烯酸與MOF氨基酸連接在一起，從而產(chǎn)生了一種肽鍵?！?/p>

納米結構組件之間的穩(wěn)定連接在長期穩(wěn)定性方面具有巨大優(yōu)勢：鍵越穩(wěn)定，在不顯著降低性能的情況下，可以進行更多的充電和放電循環(huán)。

進行比較：經(jīng)典的鋰蓄電池的使用壽命約為5,000個循環(huán)。TUM研究人員開發(fā)的新電池即使經(jīng)過10,000次循環(huán)，仍可保持近90％的容量。

國際專家網(wǎng)

費舍爾強調，研究人員控制自己不受限制的國際合作對于開發(fā)新型超級電容器至關重要。因此，JayaramuluKolleboyina組建了團隊。他是亞歷山大·馮·洪堡基金會（AlexandervonHumboldtFoundation）邀請的來自印度的客座科學家，現(xiàn)在他是查Jam新成立的印度理工學院化學系主任。

菲舍爾說：“我們的團隊還與巴塞羅那的電化學和電池研究專家以及來自捷克共和國的石墨烯衍生物專家建立了聯(lián)系?！薄按送?，我們已經(jīng)整合了來自美國和澳大利亞的合作伙伴。這種美好的國際合作對未來充滿了希望?！?/p>