沸石矿模板碳：新型高性能电双层电容器电极材料

超级电容器也称为电双层电容器。为了储存能量，电双层电容器充电要使用离子，这些离子从本体溶液迁移到电极，在那里它们被吸附。在到达电极表面之前，这些离子必须穿过狭窄的纳米孔，而且要尽可能快速高效，基本上可以说，离子穿过这些路径越快，电容器充电就越快，就会带来高速度性能，此外，电极吸附离子密度越大，电容器可以存储的电荷量就越大，就会带来高容量电容。最近，科学家们一直在测试材料，他们使这些孔具有各种不同的大小和结构，努力实现既有快速的离子传输，又有很高的吸附离子密度，但是这两个要求是有点矛盾的，因为离子穿过较大的纳米孔会更迅速，但大纳米孔会使电极密度低，从而降低吸附离子密度。科学家们已经考察了可能使用的一种材料——沸石矿模板碳（zeolite-templated carbon），可作为电极，用于这种类型的电容器，他们发现，这种材料独特的孔状结构大大提高了电容器的整体性能。这种沸石矿模板碳包含的纳米孔直径是1.2nm，小于大多数电极材料，而且有一种非常有序的结构，而其他的孔可能就是无序的和随机的。这种纳米孔的小尺寸就使得吸附离子密度很高，而这种有序的结构被描述为钻石般的框架，就使离子可以快速穿过纳米孔。在先前的研究中，研究人员发现，沸石矿模板碳上面的纳米孔小于1.2nm，就无法实现快速离子传输，这表明这一尺度可提供最佳平衡，就是平衡高速性能与高容量电容。在测试中，沸石矿模板碳的性能超过了其他材料，表明它可被用作一种电极，用于高性能电双层电容器。现在正进一步提高沸石矿模板碳的能量密度，充电时间就可缩短到只有几分钟。

美国俄亥俄州代顿市Nanotek Instruments公司新研制的石墨烯超级电容器，单位质量可储存的能量相当于镍氢电池，打破了世界纪录，而且充电或放电只需要短短几分钟、甚至几秒钟，有望取代电池。该超级电容器电极的制备采用了石墨烯、混合5％的超级P（一种乙炔黑（acetylene black），作用相当于导电添加剂）和10％的聚四氟乙烯（PTFE）结合剂，研究人员把产生的悬浮液涂在集电器表面，把硬币大小的电容器安装在隔离箱里，电解质-电极界面的制备，采用“Celguard隔膜-3501”，而电解液是一种化学品，叫做EMIMBF4。该公司对硬币大小超级电容器的测试表明，石墨烯电极的超级电容器的能量密度为85.6W·h／kg，而镍氢电池和锂离子电池分别为40～100W·h／kg和120W·h／kg，这是有史以来基于碳纳米材料的双电层超级电容器所达到的最高值。(https://www.xing528.com)

双层电极与锂离子插入式电极的第四代超级电容器正在开发中。