99.5 Wh/L!这不是下一代电池,这是一个刚刚诞生、能量密度却直追铅酸电池(50-90 Wh/L)的“超级电容器”!
这意味着什么?意味着一种兼具“闪电般”充电速度和“电池级”储能空间的新型能源诞生了。这项由澳大利亚莫纳什大学Mainak Majumder教授领导的团队完成的重磅研究,于2025年9月15日登上了国际知名期刊《自然·通讯》,刷新了我对储能的认知。
超级电容器(Supercapacitors)是“短跑冠军”,功率极高,几秒钟就能充满,但装的能量少得可怜(通常低于 10 Wh/L)。
为什么?因为石墨烯有个坏毛病:它们太合群了,总喜欢一层层紧密地堆叠起来,把99%的储能空间都锁死了。离子根本进不去,一切都是白搭。
Majumder 教授的团队决定不走寻常路。他们发明了一种巧妙的“两步热处理法”来“驯服”石墨烯。
第一步:闪蒸。在700℃的高温下,让氧化石墨(GtO)经历短短 2 秒的“地狱火”洗礼,使其瞬间爆炸性剥离,形成一堆杂乱无序的石墨烯碎片。
奇迹发生了。石墨烯没有变平整,反而自发地“编织”成了无数弯曲、缠绕的微型晶体(即 M-rGO)。就像把一张张大床单,揉成了一团团高密度的“纳米毛线球”。
这种 M-rGO 材料的电容还是很低。原来,这些新生的“毛线 nm)还是太窄了,电解质离子依然钻不进去!
不,真正的王牌才刚刚登场。团队发明了一种名为“原位电化学层间扩张”(e-IE)的“暴力美学”激活法。
他们不对电容器“温柔”充电,而是像拧水龙头一样,逐步、缓慢地提升电压(一直加到 3.8V)。这个强大的电场,就像一把无形的“液压钳”,硬生生地将那些紧锁的石墨烯层“撬开”了!
电容飙升了整整3倍!最终,这款袋式原型机在离子液体中跑出了99.5 Wh/L的体积能量密度,在有机电解液中也达到了49.2 Wh/L
与此同时,它的功率密度依旧高达69.2 kW/L(确保了闪电快充),并且循环5万次后,容量保持率仍在90%以上。
这项研究的精妙之处在于,它用一种巧妙的工艺(M-rGO)先造出了“空间”,再用一种聪明的激活方式(e-IE)拿到了“钥匙”,从而真正实现了“鱼与熊掌兼得”,让超级电容器拥有了电池的“内涵”和电容的“速度”。
从电动汽车、电子设备到电网调节,一个由“超级电容”驱动的即时能源时代会不会到来呢?