在概念驗證階段，它在許多實際應(yīng)用中(包括電動汽車，電話和可穿戴技術(shù))作為便攜式電源顯示出巨大的潛力。

今天發(fā)表在《自然能源》上的這項發(fā)現(xiàn)克服了大功率，快速充電的超級電容器所面臨的問題-超級電容器通常無法在狹小空間中容納大量能量。

該研究的第一作者李莊南博士(UCL Chemistry)說：“我們的新型超級電容器對于下一代儲能技術(shù)非常有前途，因為它可以替代當(dāng)前的電池技術(shù)或與之并用，從而為用戶提供更多的力量。

“我們設(shè)計的材料將賦予我們的超級電容器高功率密度-即它可以充電或放電的速度-以及高能量密度-這將決定它可以使用多長時間。通常，您只能擁有一個這些特性，但我們的超級電容器可以同時提供這兩個特性，這是一個關(guān)鍵的突破。

“此外，超級電容器可以彎曲至180度而不會影響性能，并且不使用液體電解質(zhì)，從而最大程度地減少了爆炸的危險，使其非常適合集成到彎曲的手機或可穿戴電子設(shè)備中。”

一個由化學(xué)家，工程師和物理學(xué)家組成的團隊致力于這一新設(shè)計，該設(shè)計使用了創(chuàng)新的石墨烯電極材料，該材料的孔可以改變大小，從而更有效地存儲電荷。這種調(diào)整將超級電容器的能量密度最大化，達到創(chuàng)紀(jì)錄的88.1 Wh / L(每升瓦時)，這是碳基超級電容器有史以來最高的能量密度。

相似的快速充電商業(yè)技術(shù)具有5-8 Wh / L的相對較差的能量密度，而用于電動汽車的傳統(tǒng)慢速充電但長期運行的鉛酸電池通常具有50-90 Wh / L。

盡管該團隊開發(fā)的超級電容器的能量密度與鉛酸電池的最新技術(shù)水平相當(dāng)，但其功率密度卻高出兩個數(shù)量級，每升超過10,000瓦。

UCL數(shù)學(xué)和物理科學(xué)學(xué)院的資深作者兼院長Ivan Parkin教授(UCL化學(xué))說：“在緊湊的系統(tǒng)中成功安全地存儲大量能量是朝著改進能量存儲技術(shù)邁出的重要一步。我們已經(jīng)證明，它可以快速充電，我們可以控制其輸出，并具有出色的耐用性和靈活性，非常適合用于小型電子產(chǎn)品和電動汽車的開發(fā)，想象一下，只需十分鐘即可為電動汽車充滿電，而手機和手機則只需幾分鐘持續(xù)一整天。”

研究人員用多層石墨烯制成電極，產(chǎn)生了一種致密但多孔的材料，能夠捕獲不同大小的帶電離子。他們使用多種技術(shù)對其進行了表征，發(fā)現(xiàn)當(dāng)孔徑與電解質(zhì)中離子的直徑匹配時，其性能最佳。

經(jīng)過優(yōu)化的材料形成了薄膜，用于構(gòu)建具有高功率和高能量密度的概念驗證設(shè)備。

6cm x 6cm的超級電容器是由兩個相同的電極制成的，該電極位于凝膠狀物質(zhì)的兩側(cè)，該物質(zhì)充當(dāng)電荷轉(zhuǎn)移的化學(xué)介質(zhì)。

它用于為數(shù)十個發(fā)光二極管(LED)供電，并被發(fā)現(xiàn)具有很高的魯棒性，靈活性和穩(wěn)定性。

即使以180度彎曲，它的性能也幾乎與平坦時相同，并且經(jīng)過5,000次循環(huán)后，它仍保留了其容量的97.8%。

資深作者馮力教授(中國科學(xué)院)說：“在未來30年中，智能技術(shù)的世界將加速發(fā)展，這將極大地改變通訊，運輸和我們的日常生活。通過使儲能變得更加智能，設(shè)備將通過與設(shè)備自動交互地交互工作，對我們來說是不可見的。我們的智能單元很好地說明了如何改善用戶體驗，并在未來的應(yīng)用中顯示出巨大的潛力，可作為便攜式電源。