澳大利亚团队研发石墨烯超级电容器

蒙纳士大学研究人员开发出新型碳基材料，使超级电容器能像铅酸电池一样储能，同时释放功率远超传统电池。

图片：Monash University

澳大利亚蒙纳士大学的研究人员通过对氧化石墨前驱体进行快速热退火处理，成功制造出超级电容器，其单位体积功率密度高达69.2千瓦/升，并展现出优异的快充能力和循环稳定性。

超级电容器是一类新兴储能装置，通过静电存储电荷，而非传统电池的化学反应。然而，长期以来的主要障碍在于碳材料表面积中可用于储能的部分有限。

蒙纳士大学机械与航空航天工程系、二维材料先进制造研究中心（AM2D）主任Mainak Majumder教授表示，研究人员通过改变热处理方式，释放了更多的碳材料表面积。

“这一发现将使我们能够制造出快充超级电容器，它们不仅能储存足够能量替代部分电池应用，还能更快速释放能量。”他说。

Majumder解释称，核心在于一种新材料结构——多尺度还原氧化石墨烯（M-rGO），其原料来自天然石墨。研究团队利用快速热退火工艺，打造出高度弯曲的石墨烯结构，为离子快速高效移动开辟了精准通道，从而兼具高能量密度与高功率密度。

研究合著者、AM2D研究员Petar Jovanović表示，当组装成袋式电池时，新型超级电容器实现了最高99.5瓦时/升的体积能量密度和高达69.2千瓦/升的功率密度，同时保持长期稳定性。

“这些性能指标已跻身碳基超级电容器的全球领先水平，更重要的是，该工艺具备可扩展性，并可与澳大利亚原材料配合使用。”他说。

研究人员指出，这一成果标志着全球研发高能量与高功率并存的新一代储能器件的重大突破，为电动交通、电网调节及消费电子应用铺平了道路。

蒙纳士大学衍生企业Ionic Industries的首席技术官Phillip Aitchison（同时也是论文合著者）表示，商业化工作已经启动。

“Ionic Industries成立的初衷就是推动此类创新成果走向市场，目前我们已能批量生产这些石墨烯材料，并与储能领域合作伙伴合作，推动其应用于高能量与快速供能并重的市场。”他说。

相关研究成果已发表于《自然·通讯》，论文题为《多尺度弯曲石墨烯的原位层间膨胀实现体积高效超级电容器》。