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日本研究人员开发“分子涂层”方法以实现超级电容器

盖世汽车 Elisha 2024-09-13 10:28:12

核心提示：与单独使用碳相比，该团队通过在活性碳上喷洒氮杂酞菁铁（FeAzPc-4N，一种蓝色颜料），成功地将电容器容量提高了2.4倍（达到907 F/gAC）。

盖世汽车讯据外媒报道，日本东北大学（Tohoku University）的研究人员成功提高了电容器的容量、寿命耐久性和成本效益，以追求更节能的未来。

（图片来源：日本东北大学）

电容器可以像电池一样储存和释放能量，在电路中起着重要的作用。但与电池不同的是，电容器的充电时间要短得多。尽管如此，电容器中仍存在一些缺陷。首先，其容量比电池低得多，因此不能一次性储存大量的能量。其次，这种设备的成本很高。最近几年，研究人员利用纳米碳材料（例如碳纳米管）来开发超级电容器，以增加表面积和总容量。然而，由于纳米碳材料比较昂贵，使用这种技术进行大规模生产并不具有成本效益。

为了解决这些具体问题，以提高电容器的整体性能，东北大学Hiroshi Yabu教授、AZUL Energy公司（东北大学风险投资公司）和Bio-Inspired GX Co-Creation Center（AZUL Energy 与东北大学创建的联合研究机构）组成研究团队。

与单独使用碳相比，该团队通过在活性碳上喷洒氮杂酞菁铁（FeAzPc-4N，一种蓝色颜料），成功地将电容器容量提高了2.4倍（达到907 F/gAC）。这种方法使分子可以利用其氧化还原能力，在分子层面进行吸附。此外，该研究表明，即使在20 A/gAC的高负荷区域，该电容器也可以进行2万次充放电循环，从而可以为LED供电。

研究报告中提到，研究人员利用氮杂酞菁铁（FeAzPc-4N）吸附活性碳（AC）作为电极，通过结合活性碳表面的双电荷层和FeAzPc-4N分子的氧化还原反应，可以实现大容量的混合超级电容器。通过增加FeAzPc-4N与AC的混合比，可实现907 F/gAC的最大容量，也可实现20 A/g的快速充放电。这一概念说明了通过固定氧化还原活性物质来提高电容器性能的潜力。

Yabu教授表示：“与电池相比，寿命延长可能有助于减少浪费，因为同一个电容器可以重复使用多次，而且电容器组件的毒性明显低于电池。"

此次开发的电容器电极使用碳纳米管，可以将容量提高到超级电容器的水平，同时使用常见且成本低的活性碳，使其成为下一代能源设备的潜在选项。该团队计划进一步提升超级电容器的性能。