世界頂級學術期刊《科學》發(fā)表了中科院上海硅酸鹽研究所研制出一種新型石墨烯材料的重要研究成果。據(jù)中科院上海硅酸鹽所透露，該所科學家已研制的高性能超級電容器電極材料——氮摻雜有序介孔石墨烯具有極佳的電化學儲能特性，可用作電動車的“超強電池”：充電只需7秒鐘，即可續(xù)航35公里。
超級電容器，是介于傳統(tǒng)電容器和電池之間的一種電化學儲能裝置。由于具有功率密度高、循環(huán)壽命長、安全可靠等特點，現(xiàn)已廣泛應用于混合電動汽車、大功率輸出設備等多個領域，形成一個非?？捎^的市場規(guī)模，近年來保持近20%的全球增長率，產(chǎn)業(yè)前景突出。但現(xiàn)有超級電容器仍受限于低能量密度(商用活性炭：5–7瓦時/公斤)，遠不如鋰電池(>80瓦時/公斤)，原因在于較低的比容量(<250法拉/克)。如何讓超級電容器兼具高功率、高能量，長期以來科學家并沒有找到理想材料。
為破解這一難題，中科院上海硅酸鹽所與北京大學、美國賓夕法尼亞大學合作研究，黃富強研究員、陳一葦教授、林天全博士等設計合成的一種氮摻雜的有序介孔石墨烯，具有極佳的電化學儲能特性，比容量高達855法拉/克。
黃富強介紹，與傳統(tǒng)電極材料相比，石墨烯有四大突出優(yōu)勢：其一，高比表面積有利于產(chǎn)生高能量密度；第二，超高導電性有利于保持高功率密度；第三，化學結構豐富有利于引入贗電容，提高能量密度；第四，特殊的電子結構有利于優(yōu)化結構與性能關系。
組裝成的對稱器件能快速充電和快速放電，不亞于商用碳基電容器。它的優(yōu)性源于：氮摻雜誘生了氧化還原反應，也增加了電化學儲能活性，又沒有降低材料的高導電率。所研制的對稱器件在水溶液中工作安全無毒，能量密度為41瓦時/公斤(基于活性物質為63瓦時/公斤)，功率密度達到26千瓦/公斤(基于活性物質為44千瓦/公斤)。不僅能實現(xiàn)了高能量密度、高功率密度，而且還可以通過使用水基電解液，做到無毒、環(huán)保、價格低廉、安全可靠。該新型石墨烯超級電容器體積輕巧，可實現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)。
據(jù)介紹，該新型石墨烯超級電容器體積輕巧、不易燃也不易爆，可采用低成本制備，實現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)。因性能較鉛酸、鎳氫等電池有明顯的競爭優(yōu)勢，且在快速充放方面又遠遠優(yōu)于鋰電池，因此該“超級電池”可廣泛應用于現(xiàn)有混合電動汽車、大功率輸出設備的更新?lián)Q代。
據(jù)權威專家表示，因性能較鉛酸、鎳氫等電池有明顯的競爭優(yōu)勢，在快速充放方面又遠遠優(yōu)于鋰電池，該新型石墨烯超級電容器的研制成功對推動我國超級電容器的行業(yè)發(fā)展，提升行業(yè)競爭優(yōu)勢，具有重要的意義。
