超等电容器是一种近似电池的装备，可以在几秒钟或几分钟内布满电。在寻求更高效能量存储和转换手艺的道路上，超等电容器因其快速充电和耐用的储能特征而备受注视。但是，相对电池，超等电容器持久以来面对着能量密度较低的挑战，使其不合适供给持久能量存储。微孔活性碳材料作为商用超等电容器中最经常使用的电极材料之一，一向备受研究者的存眷。

为了降服这一挑战，英国剑桥年夜学传授Alexander Forse团队进行了一项冲破性的研究，深切摸索了微孔碳电极布局与机能之间的关系，他们发现，化学布局更无序的电极比布局高度有序的电极贮存的能量多很多。

这项研究为制备高机能的微孔碳电极摊平了道路。4月18日，相干研究功效颁发在《科学》上。

微孔活性碳是一种不法则形态的材料。假如将一片石墨烯比方为一张滑腻的白纸，那末微孔活性碳就是由无数巨细和外形各别的褶皱纸张堆叠而成的布局。

“我们操纵固体核磁共振手艺，并连系计较摹拟，对超等电容器中采取的微孔碳电极进行了深切探讨。研究成果显示，微孔碳的储能机能与材料布局的无序水平紧密亲密相干。并且在布局更加无序的环境下，微孔碳的储能机能将显著提高。”该论文第一作者、剑桥年夜学博士生刘芯妤在接管《中国科学报》采访时介绍。

刘芯妤与英国剑桥年夜学传授Clare Grey（左）、Alex Forse（右）合影

刘芯妤与有序碳模子（左）和无序碳电极（右） Nathan Pitt摄

研究发现了微孔碳的无序布局与机能之间的联系关系性，这一发现倾覆了以往科学家们对提高碳基超等电容器机能的传统认知，也解开了范畴内近20年以来关在“微孔碳布局与机能关系”的争议。

此前，人们遍及认为微孔孔洞的巨细是决议微孔碳电容量的要害身分。但是，这项研究证实了微孔碳的江南体育无定形水平才是实现机能晋升的要害。

最近几年来，超等电容器作为一种可以或许快速充放电且具有极高轮回不变性的能量存储装备，已普遍利用在需要频仍充电的器件，如电动汽车，火车，公共汽车等。

“本研究的冲破性功效为超等电容器手艺的进一步成长供给了新的思绪和方式。经由过程调剂微孔碳的无序布局，将来可以实现超等电容器能量密度的年夜幅晋升，从而鞭策其在电动汽车、可再生能源存储等范畴的利用，功效的颁发将加快高机能超等电容器手艺的贸易化历程，为构建洁净、高效的能源将来进献更鼎力量，助力‘碳中和’方针的实现。”刘芯妤说。

相干论文信息：https://doi.org/10.1126/science.adn6242

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