美國麻省理工學(xué)院(MIT)官網(wǎng)近日公布了該校科學(xué)家發(fā)表在《自然·材料學(xué)》上的最新研究成果：他們研制出首個不含碳的超級電容，性能超過碳基材料，未來除用于電動汽車等新能源領(lǐng)域，還能用來生產(chǎn)可調(diào)節(jié)亮度的變色窗戶和探測痕量化學(xué)物質(zhì)的化學(xué)傳感器。
超級電容因充放電速度快、功率密度高等因素成為能源儲存系統(tǒng)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(chǎn)過程中需要800℃以上的高溫以及刺激性強的化學(xué)物質(zhì)。“而現(xiàn)在我們發(fā)現(xiàn)了一類不含碳的全新超級電容材料。”MIT助理化學(xué)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(jié)構(gòu)，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(xiàn)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(dǎo)性。丁卡表示，雖然他們讓MOFs具有導(dǎo)電性被認(rèn)為極其困難，但最終展現(xiàn)了MOFs非常好的離子傳導(dǎo)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(guān)鍵性能參數(shù)的表現(xiàn)上，已經(jīng)相當(dāng)于甚至超越了現(xiàn)有的碳基材料。但丁卡表示，MOFs材料還有很大的優(yōu)化潛力，其表面積經(jīng)過優(yōu)化后，完全能達到現(xiàn)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(yōu)勢明顯，表面積大，生產(chǎn)中的溫度和化學(xué)條件不再嚴(yán)苛。未來除用于超級電容外，還能用于儲存天然氣、生產(chǎn)可調(diào)節(jié)亮度的窗戶以及醫(yī)用或安全性檢測的化學(xué)探測器。
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