通过“分子涂层”方法实现超级电容器

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东北大学的研究人员成功提高了电容器的容量、使用寿命和成本效益，以追求更节能的未来。这项研究发表在《ACS 应用材料与界面》杂志上。
电容器是电路中用于储存和释放能量的设备，就像电池一样。电容器与电池的不同之处在于，电容器的充电时间要短得多。例如，手机电池可以立即为手机供电，但当电池没电时，将其充电至 100% 却远非瞬间完成。
虽然这听起来像是电容器的最佳选择，但它们也有一些需要克服的重大缺点。首先，它们的容量比电池小得多，因此无法一次性存储大量能量。其次，它们可能非常昂贵。
近年来，人们利用纳米碳材料（如碳纳米管 (CNT)）开发了超级电容器（容量和性能增强的电容器），这些材料可以增加表面积和总容量。然而，由于纳米碳材料价格昂贵，使用这种技术进行大规模生产并不划算。
为了解决这些具体问题，以提高电容器的整体性能，成立了一个由 Hiroshi Yabu 教授（东北大学）、AZUL Energy 有限公司（东北大学的一家风险投资公司）和 AZUL Energy x 东北大学生物启发 GX 联合创造中心组成的研究小组。
该团队通过将一种蓝色颜料铁氮杂酞菁 (FeAzPc-4N)“撒”到活性炭上，成功将电容器的容量提高了 2.4 倍（至 907 F/gAC），相比单独使用碳而言。
该方法允许分子在分子水平上吸附，利用其氧化还原能力。此外，研究表明，即使在 20 A/gAC 的高负载区域，也可以进行 20,000 次充电放电循环，从而可以为 LED 供电。
“与电池相比，这种更长的使用寿命可能有助于减少浪费，因为同一个电容器可以重复使用很多次，”Yabu 评论道。“电容器的成分毒性也比电池小得多。”
本研究开发的电容器电极可以利用常用且廉价的活性炭，将容量提高到使用 CNT的超级电容器的水平，使其成为下一代能源设备的潜在选择。该团队的下一步是让超级电容器更加强大。