据外媒报道，在全球快速储能设备研发竞赛中，莫纳什大学（Monash University）的研究人员取得了重大进展，发明了一种新型碳基材料，使超级电容器能够存储与传统铅酸电池相当的能量，同时输出速度远超传统电池，为电气化交通、电网稳定和消费电子产品领域的下一代应用铺平了道路。相关研究论文发表于期刊《Nature Communications》。

图片来源： 期刊《Nature Communications》

超级电容器是一种新兴的储能设备，它通过静电而非像电池那样通过化学反应来储存电荷。迄今为止，一个主要的障碍是碳材料只有一小部分的表面积可供利用，而这对于储存能量至关重要。

“我们的团队已经展示了如何通过简单地改变材料的热处理方式来释放更大的表面积，”莫纳什大学机械与航空航天工程系Mainak Majumder教授说道。“这项发现可以让我们制造出快速充电的超级电容器，它可以储存足够的能量来替代许多应用中的电池，并且能够更快地释放能量。”

秘密在于该团队开发的一种名为多尺度还原氧化石墨烯（M-rGO）的新型材料结构，它由天然石墨（一种丰富的澳大利亚资源）合成。

研究人员利用快速热退火工艺，创造了一种高度弯曲的石墨烯结构，其精确的路径使离子能够快速高效地移动。最终，这种材料兼具高能量密度和高功率密度——这种组合很少在单个设备中实现。

ARC二维材料先进制造研究中心（AM2D）中心研究员兼该研究的合著者Petar Jovanović博士表示，当组装成软包电池设备时，莫纳什大学的超级电容器表现出以下特点：

  • 体积能量密度高达99.5 Wh/L（离子液体电解质）

  • 功率密度高达69.2 kW/L

  • 快速充电能力和卓越的循环稳定性。

“这些性能指标是迄今为止碳基超级电容器中最好的，而且至关重要的是，该工艺可扩展，并与澳大利亚原材料兼容，”Jovanović博士说道。

莫纳什大学衍生公司Ionic Industries的首席技术官、该研究的共同作者Phillip Aitchison博士表示，这项技术目前正在商业化。

“Ionic Industries成立的初衷就是将这些创新技术商业化，我们现在正在大规模生产这些石墨烯材料，”Aitchison博士说道。“我们正在与储能合作伙伴合作，将这一突破性技术应用于市场主导的应用——在这些应用中，高能量和快速的电力输送都至关重要。”