石墨烯超级电容器

石墨烯是一种由纯碳构成的薄层，紧密地包裹在一起，形成六角形蜂窝晶格。它被广泛认为是一种“神奇的材料”，因为它具有丰富的惊人特性:它是人类已知的最薄的化合物，只有一个原子那么厚，也是最著名的导体。它还具有惊人的强度和吸光特性，甚至被认为是生态友好和可持续的，因为碳广泛存在于自然界和人体的一部分。

石墨烯常被认为是超级电容器中活性炭的替代品，部分原因是其相对表面积高(甚至比活性炭的相对表面积更大)。表面积是电容的限制之一，表面积越大，静电电荷的存储效果越好。此外，石墨烯基超级电容器将利用其轻质、弹性和机械强度。

据称，石墨烯基超级电容器储存的能量几乎和锂离子电池一样多，充电和放电只需几秒钟，而且可以维持数万次充电循环。实现这一目标的方法之一是使用具有较大内表面积的多孔石墨烯(将石墨烯粉末包装成硬币形状的细胞，然后干燥并压紧)。

超级电容器是什么?

超级电容器，也被称为EDLC(电双层电容器)或超级电容，不同于普通电容器，它们可以储存大量的能量。

基本电容器通常由两块金属板组成，由绝缘体(如空气或塑料薄膜)隔开。充电时，电子聚集在一根导体上，并离开另一根导体。一边带负电荷，另一边带正电荷。绝缘体会干扰负电荷向正电荷的自然拉力，而这种拉力会产生电场。一旦电子被给予到另一边的路径，就会发生放电。

超级电容器也包含两个金属板，只涂有一种叫做活性炭的多孔材料。它们浸在由溶解在溶剂中的正离子和负离子组成的电解质中。一个盘子是正的，另一个是负的。在充电过程中，电解液中的离子在每个碳涂层板的表面积累。超级电容器也能在电场中储存能量，电场是由两个相反的带电粒子形成的，只有它们的电解质中有等量的正离子和负离子均匀分散。因此，在充电过程中，每个电极最终具有两层电荷涂层(电双层)。

电池和超级电容器

与电容器和超级电容器不同，电池是通过化学反应来储存能量的。这样，离子就被插入到电极的原子结构中，而不是像超级电容器那样附着在电极上。这使得超级电容器(通常不需要化学反应就能储存能量)能够比电池更快地充放电。由于超级电容器不像化学反应电池那样遭受同样的磨损，它可以承受数十万次的充放电循环。

超级电容器具有比普通电容器更高的储能能力，但在这方面仍落后于电池。超级电容器通常比电池更贵。从技术上讲，用超级电容代替手机电池是有可能的，而且充电速度会快得多。唉，它的充电时间不会太长。然而，超级电容器在接收或释放突然激增的能量方面非常有效，这使它们成为电池的合适合作伙伴。内燃机、燃料电池和电池等初级能源作为一种连续的低功率来源工作良好，但由于它们的排放和充电速度较慢，无法有效地处理峰值功率需求或重新获得能源。超级电容器在用电高峰时快速释放能量，然后迅速储存能量并捕获多余的能量，否则就会失去这些能量。在电动汽车的例子中，超级电容可以提供加速所需的能量，而电池可以提供范围，并在浪涌之间为超级电容充电。

常见的超级电容器的应用

超级电容器目前用于从再生制动系统获取动力并释放动力以帮助混合动力公交车加速，在启动/停止系统中提供起动功率和电压稳定，为汽车应用提供备用和峰值功率，协助列车加速，打开飞机门电源故障事件，有助于提高叶片变桨系统能量网的可靠性和稳定性，捕获能量并提供爆发电源以协助提升操作，为电力故障之间的数据中心提供能量，并启动备用电源系统，如柴油发电机或燃料电池，并提供能量储存，以巩固可再生设施的输出和提高电网稳定性。

竞争对手的材料

目前已经有几种材料被研究并提出可以像石墨烯一样(甚至更多)增加超级电容器的容量。这些材料包括:大麻,被加拿大研究人员开发大麻纤维,至少是一样有效的石墨烯的超级电容器电极,香烟过滤器,由韩国研究人员准备使用的超级电容器电极材料表现出更好的速度能力和较高的比电容比传统活性炭甚至高于n型石墨烯或CNT n型电极。

石墨烯超级电容器商业化

石墨烯超级电容器已经上市，包括Skeleton Technology、CRRC、ZapGoCharger、Angstron Materials和Sunvault Energy在内的多家公司正在开发此类解决方案。

文章转载自公众号:石墨烯雷达