新工艺将煤焦沥青转化为优质石墨烯 用于超级电容器

盖世汽车讯 据外媒报道，美国能源部国家能源技术实验室（NETL）研究人员开发出低成本工艺，可以将煤焦油废料转化为高质量的石墨烯。这种材料可以将储能超级电容器系统的性能提高达55%。

（图片来源：美国能源部国家能源技术实验室）

超级电容器可以储存电能，在某些方面可与电池相媲美。主要区别在于超级电容器可以在几秒或几分钟内快速充放电，而电池需要数小时。超级电容器可使用多达100万次充电/放电循环，而电池只能持续几千次循环。

超级电容器通常用于调节电网和间歇性可再生能源（如风车和光伏农场）之间的电力波动，还可作为不间断电源用于短期储能。在许多应用中，超级电容器和电池一起用于混合储能系统，通过一个设备的优势弥补另一个设备的劣势，从而创建协同系统，在各种条件下存储和提供能量。

研究人员Christopher Matranga表示：“长期以来，石墨烯被视为理想的超级电容器电极材料，但它在商业设备中的使用有限，因为很少有可以大规模、低成本地生产优质石墨烯的方法。”

研究人员Viet Hung Pham表示：“石墨烯是富有前景的超级电容器电极材料之一，因其具有大表面积、高电导率、良好的化学稳定性和优异的机械强度。”

NETL的研究发现了一种工艺，利用煤焦沥青（一种成本低且丰富的碳原料）和碳酸钾（K2CO3）催化剂，通过简单的过程即可制造出具有高碳质量收率（mass yields）的微观3D石墨烯。煤焦沥青是直接从煤中提取的碳氢化合物的粘性液体混合物，经常用于制造锂离子电池电极的粘合剂或涂层。

NETL报告指出，该创新工艺已生产出高质量石墨烯，其电容性能在迄今报告的石墨烯基超级电容器设备中处于前列。Pham表示，超级电容器可以比电容器存储更多的能量，而且比电池的功率密度更高，从而弥合了传统电容器和传统电池之间的差距。

据NETL报告，这些研究结果“克服了制造实用超级电容器电极的长期挑战，其中涉及平衡两个相互冲突的特性——高孔隙率和高材料密度。因此，这种简单的合成方法有助于生产低生产电极并开辟了新的机会，以在实用超级电容器设备中更广泛地使用石墨烯基材料。”