科学家用石墨烯合成新型碳材料 可实现超级能量存储

据美国媒体5月12日报道，德克萨斯大学奥斯汀分校机械工程系材料科学与工程教授Rodney S. Ruoff领导的科研团队成功制备出一种由石墨烯衍生出的新型三维多孔碳材料。利用该材料作为电极组装成的超级电容器，其能量密度可达到铅酸电池的水平，同时还保持超级电容器固有的高功率输出和极快的充电速度，有望应用于电动汽车以及解决风能、太阳能等间歇性能源的存储问题。

这项工作主要是由该研究小组的博士后研究员朱彦武博士及合作者来完成，于5月12日发表在《科学》（Science）杂志的在线预印版本ScienceXpress上。该小组的另一位博士后蔡伟伟博士也参与了此项研究。这一发现意义深远：它有望使超级电容器存储的电能大大增加至电池的水平，将成为电化学储能设备和其他许多前所未有的研究领域的一个里程碑。

在电化学储能设备中，超级电容器被比喻为“百米运动员”，其能量转移速度和效率都非常高，但是通常储存的电能少；而电池更像是“马拉松运动员”，具有较高的能量存储能力，充放电速度虽然慢但较稳定。“我们合成的新型碳材料像海绵一样具有大量的纳米级微孔，其比表面积达到了3100平方米每克（两克此种材料的表面积就和一个美式橄榄球场的大小相当），它的导电性也比一般材料高得多。”Ruoff教授说，“而且合成这种多孔碳材料的过程比较简单，很容易实现其工业化生产。当我们发现这种单原子厚度的新型碳材料用作电极时表现出的优越性能后，我们意识到这个研究方向——这种三维多孔网状结构的碳材料，很可能是作为超级电容器的最佳电极材料。”

该校工程学院院长Gregory L. Fenves评论说，“Ruoff和他的科研团队给我们诠释了在面对重大挑战时什么才是真正的创新性。这个团队的研究者已经找到了一种提高超级电容器能量存储效率的有效方法。”

该团队的合作者包括德克萨斯大学达拉斯分校的研究人员、布鲁克海文国家实验室的科研工作者以及佛罗里达美国康塔仪器公司的工作人员。

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《科学》发表论文摘要（英文）