电容器像一个快速充电的电池，能够迅速存储和释放能量。那么，当它变得“超级”时会发生什么呢？研究人员正在探索提高能量效率的方法。
来自东北大学的科学家们在追求高能效未来的过程中成功地提高了电容器的容量、使用寿命和经济性。电容器是一种集成在电路中的设备，可以像电池一样存储和释放能量。然而，与电池不同，它们的充电速度要快得多。例如，尽管你手机的电池可以立即为设备供电，但将其充到满电是一个缓慢的过程。
尽管电容器看起来更优越，但它们面临着重大挑战。它们的能量存储容量远低于电池，这意味着它们不能一次性存储大量能量。此外，它们的成本通常较高。最近的进展促使超级电容器的出现——这些电容器由于使用了像碳纳米管（CNTs）这样的纳碳材料而具有增强的容量和性能，从而提升了表面积和整体存储能力。然而，纳碳材料的高成本使得这种技术的大规模生产在经济上不可行。
为了应对这些限制并增强电容器性能，研究团队成立，成员包括东北大学的矢部浩教授、来自该大学的衍生公司AZUL Energy Co., Ltd.以及AZUL Energy x 东北大学生物启发GX共创中心。他们的研究于2024年6月20日发表在《ACS应用材料与界面》上。
该团队通过在活性炭上应用一种蓝色颜料——铁氮杂酞菁（FeAzPc-4N），实现了电容器容量提升2.4倍（达到907 F/gAC），相较于仅使用碳的情况。这个创新技术允许分子级的吸附，利用其氧化还原能力。此外，他们的研究表明，这些电容器即使在20 A/gAC高负载条件下也能承受20,000次充放电循环，证明它们适合为LED供电。
“与电池相比，这种更长的使用寿命可以帮助减少浪费，使同一个电容器能够被重复使用更多次，”矢部表示。“此外，电容器中使用的组件的毒性显著低于电池中的成分。”
本研究中开发的电容器电极可以将容量提高到利用CNTs的超级电容器的水平，同时使用普通可得且低成本的活性炭，表明其作为下一代能量存储解决方案的潜力。团队接下来要做什么呢？他们旨在使超级电容器更加强大。
