锂电池霸主地位岌岌可危！超级电容器性能相当 寿命还更长

近日，慕尼黑工业大学（TUM）无机和金属有机化学教授Roland Fischer的团队研发出了一种高效的超级电容器。该储能装置采用了一种既新颖又强大、同时也是可持续发展的石墨烯混合材料作为正，与基于钛和碳的成熟负相结合，其性能数据与目前使用的电池基本相当。

超级电容器与电池的不同之处在于，它们可以快速储存大量能量，并以同样快的速度释放。例如，列车在进站时刹车，超级电容器就会储存能量，并在列车启动时非常快速地再次提供能量。然而，此前由于能量密度问题，超级电容器的发展一直止步不前：锂蓄电池的能量密度可达265千瓦时（KW/h），而超级电容器只能达到其十分之一。

不过，TUM此次的研究成果成功解决了上述问题。储能装置不仅能量密度高达73 Wh/kg，大致相当于镍氢电池的能量密度，而且在功率密度为16 kW/kg的情况下，其性能也远超其他大多数超级电容器。而其秘密就在于不同材料的组合，化学家们将这种超级电容器称为“非对称”。

研究人员此次使用了化学改性的石墨烯作为超级电容器的正，并将其与纳米结构的金属有机框架相结合，即所谓的MOF相结合。这种混合材料具有较大的比表面积和可控的孔径，而且导电性也较高，这是其性能的决定性因素。

要知道，一个大的表面对于好的超级电容器来说是很重要的。它允许在材料中分别收集大量的电荷，这是电能存储的基本原理。通过巧妙的材料设计，研究人员实现了将石墨烯酸与MOFs相连接的壮举。所得的混合MOFs具有非常大的内表面，每克高达900平方米。

不过，这并不是新材料的唯一优势。要想实现化学稳定的混合体，需要各组分之间有很强的化学键。石墨烯酸与MOF氨基酸连接起来，就形成了一种肽键。

研究人员指出，纳米结构成分之间的稳定连接，在长期稳定性方面有着巨大的优势。键越稳定，充放电循环次数就越多，而不会有明显的性能损害。传统的锂电蓄能器的使用寿命约为5000次，而超级电容器，即使在10000次循环后，仍能保持接近90%的容量。