新型炭材料創(chuàng)下儲能紀錄，有望推動超級電容發(fā)展
來源：科技日報 時間：2023-11-24 16:35
概念圖藝術描繪了機器學習找到理想電容儲能材料的過程。它的炭框架（黑色）帶有氧（粉紅色）和氮（綠松石色）功能基團。圖片來源：美國橡樹嶺國家實驗室
在機器學習的指導下，美國橡樹嶺國家實驗室研究人員設計了一種創(chuàng)紀錄的炭基超級電容材料，它儲存的能量是當前最佳商業(yè)材料的4倍。用這種新材料制造的超級電容器可儲存更多的能量，從而改善再生制動系統(tǒng)、電力電子設備和輔助電源。相關論文發(fā)表在新一期《自然·通訊》雜志上。
研究人員表示，他們創(chuàng)造了一種具有增強的物理化學和電化學性質的炭材料，將炭基超級電容的儲能界限推向了新的水平。這是有記錄以來多孔炭的最高存儲容量，是一個“真正的里程碑”。
商用超級電容有兩個電極，即一個陽極和一個陰極，它們是分開的，并浸泡在電解液中。在電解液和炭之間的界面上，雙電層可逆地分離電荷。制造超級電容電極的首選材料是多孔炭。這些孔為存儲靜電電荷提供了很大的表面積。
新研究中，研究人員利用機器學習，建立了一個人工神經網絡模型，并對其進行訓練，以開發(fā)一種用于能量輸送的“夢想材料”。該模型預測，如果炭與氧和氮摻雜，炭電極的最高電容將達到每克570法拉。
于是，研究人員設計了一種非常多孔的摻雜炭，它可為界面電化學反應提供巨大的表面積。隨后，他們合成了一種用于儲存和傳輸電荷的新材料——富氧炭框架。
合成材料的電容為每克611法拉，是典型商業(yè)材料的4倍。這種材料的表面積是有記錄以來最高的炭基材料之一，每克重量的表面積超過4000平方米。團隊表示，這項研究有可能加速超級電容用炭材料的開發(fā)和優(yōu)化。（張佳欣）
責任編輯：高慧君
校對：吳蘇靈
