可再生能源的開(kāi)發(fā)利用越來(lái)越引起人們的重視，能源存儲(chǔ)技術(shù)在此階段對(duì)于推動(dòng)能源體系經(jīng)濟(jì)非常關(guān)鍵，超級(jí)電容器正在被當(dāng)做能源/電源生產(chǎn)的替代品。

超級(jí)電容器

超級(jí)電容器是一種介于傳統(tǒng)電容器和二次電池之間的新型無(wú)維護(hù)儲(chǔ)能器件，其比能量、比電容是傳統(tǒng)電容器的1000倍以上，比功率是二次電池的10倍以上，具有工作溫度范圍寬、可快速充放電、循環(huán)壽命長(zhǎng)以及無(wú)污染零排放的優(yōu)點(diǎn)。因此，超級(jí)電容器作為一種大功率的儲(chǔ)能器件，在電動(dòng)汽車(chē)、混合動(dòng)力汽車(chē)、特殊載重汽車(chē)、電力、鐵路、通訊、特種以及消費(fèi)性電子產(chǎn)品等眾多領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用價(jià)值和市場(chǎng)潛力。超級(jí)電容器按照其電荷存儲(chǔ)原理可分為雙電層電容器和法拉第準(zhǔn)電容器。雙電層電容器基于雙電層理論，利用電極和電解質(zhì)之間形成的界面雙電層電容來(lái)存儲(chǔ)能量。法拉第準(zhǔn)電容器基于法拉第過(guò)程，在電極表面或體相附近一定范圍，進(jìn)行快速、可逆、無(wú)相變的電活性物質(zhì)欠電位沉積、化學(xué)吸附、脫附或氧化還原反應(yīng)，從而產(chǎn)生與充電電位有關(guān)的電容來(lái)實(shí)現(xiàn)能量的存儲(chǔ)。

目前存在主要問(wèn)題

一直以來(lái)，超級(jí)電容器電極材料的研究集中在納米晶材料上，但是納米晶材料很難擴(kuò)張或收縮的性質(zhì)以及離子擴(kuò)散各項(xiàng)異性的特點(diǎn)限制了超級(jí)電容器的循環(huán)壽命和快速充放電性能。同時(shí)，納米晶材料的合成通常在高溫下進(jìn)行，大大提高了生產(chǎn)成本，并且工藝復(fù)雜，很難做到大量生產(chǎn)，極大地限制了超級(jí)電容器的廣泛推廣，目前只有少量應(yīng)用商業(yè)化的超級(jí)電容器產(chǎn)品中。

用上納米非晶會(huì)有什么效果

直到近幾年，非晶材料開(kāi)始被提出作為超級(jí)電容器的電極材料，也逐漸吸引了廣大科研工作者的興趣。相比于結(jié)晶材料的合成溫度，非晶材料更低，因此大大降低了電極材料的合成成本。非晶材料沒(méi)有晶格束縛，屬于無(wú)定型態(tài)，因此其結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，體積可調(diào)控，這有助于離子的傳輸，因此作為儲(chǔ)能材料，非晶材料具有廣闊的前景。然而，美中不足的是非晶材料較差的導(dǎo)電性以及較小的比表面積在一定程度上限制了超級(jí)電容性能進(jìn)一步提高。所以，研發(fā)低成本、可大量生產(chǎn)、高循環(huán)壽命以及可快速充放電的新型非晶材料是新能源儲(chǔ)能領(lǐng)域的核心科學(xué)問(wèn)題，同時(shí)也是世界超級(jí)電容器工業(yè)化生產(chǎn)的難題。

為什么會(huì)想到納米非晶

納米晶材料相比塊體晶化材料在多種性能上有了大幅度的提高，以此類(lèi)比，納米非晶材料同塊體非晶材料相比必然具有更加優(yōu)異的性能。將非晶材料納米化之后，可以有效提高材料的比表面積，對(duì)于超級(jí)電容器電極材料來(lái)說(shuō)，使用納米非晶材料將極大提高電極表面的儲(chǔ)能活性位點(diǎn)并縮短離子傳輸路徑，對(duì)電極的電化學(xué)儲(chǔ)能性能將大幅度提高。

納米非晶看上石墨烯

南京理工大學(xué)夏暉教授團(tuán)隊(duì)等發(fā)明了一種適于大批量生產(chǎn)的合成方法成功在室溫制備了FeOOH納米非晶量子點(diǎn)（平均粒徑2nm）并將其附載在石墨烯上得到FeOOH/石墨烯復(fù)合納米片。通過(guò)石墨烯構(gòu)建的三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)及FeOOH納米非晶量子點(diǎn)提供的大活性表面，使得該復(fù)合電極材料表現(xiàn)出優(yōu)異的超級(jí)電容性能。單電極在-0.8-0V（vsAg/AgCl）的電位窗口可達(dá)到365F/g的高比電容值，并在128A/g的大電流密度下仍能保持189F/g的電容值。同比情況下優(yōu)于晶體化的電極材料。該工作提出納米非晶鐵氧化物/氫氧化物材料是一類(lèi)新型具有較好應(yīng)用前景的超級(jí)電容器電極材料，并為高性能超級(jí)電容器電極材料的設(shè)計(jì)提供一種新思路。哪些需要進(jìn)一步提高

盡管所得到的納米非晶FeOOH/石墨烯復(fù)合納米片在-0.8-0V的電壓區(qū)間表現(xiàn)出良好的電容性能，該復(fù)合電極材料在-1.3-0V的電壓區(qū)間可得到高達(dá)1243F/g的比電容值，但電極材料發(fā)生部分溶解，影響了電極穩(wěn)定性，需要進(jìn)一步的研究工作予以改善。

發(fā)展展望

合成的非晶FeOOH/石墨烯復(fù)合納米片，發(fā)明的合成方法綠色環(huán)保、簡(jiǎn)單易行。在常溫常壓下進(jìn)行，所需的材料就是鐵鹽以及碳等，在自然界里儲(chǔ)量都很豐富，又很容易提取，極大地降低了成本；同時(shí)其合成過(guò)程中沒(méi)有有毒有害氣體伴隨生成，更重要的是材料合成的量取決于容器的大小，使其工業(yè)化生產(chǎn)成為了可能。該復(fù)合電極材料表現(xiàn)出優(yōu)異的超級(jí)電容性能，具有高循環(huán)使用壽命，可快速充放電。夏暉教授說(shuō)：“相比其它納米晶材料的合成過(guò)程，非晶納米材料的合成方法簡(jiǎn)單易行，工藝簡(jiǎn)便，容易調(diào)控，能夠滿(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)中技術(shù)的要求，這種新材料進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)具有光明的前景。”