格拉茨技术大学新发现助力开发环保型超级电容器

与电池类似，超级电容器适用于重复存储电能。据外媒报道，格拉茨理工大学的研究人员提出了一种特别安全和可持续的超级电容器。

目前，锂离子电池技术的主要缺点是缺乏安全性、可持续性和可回收性，以及原材料供应有限。在寻找用于电动旅行和可再生能源存储的替代电化学储能系统的过程中，将电池和电容器结合起来形成“混合超级电容器”的前景很有希望。它的充电和放电速度与电容器一样快，并且可以储存几乎与传统电池一样多的能量。与传统电池相比，它可以更快、更频繁地充电和放电。锂离子电池的寿命只有几千次，而超级电容器的充电周期约为100万次。这种混合超级电容器具有高可持续性，由碳和碘化钠电解质组成，并配有正极和负极超级电容器电极，但之前尚未完全开发。格拉茨理工大学的研究人员进行了更详细的研究，以探索这种超级电容器的电化学储能工作原理以及碳电极纳米级孔隙中发生的具体情况。首席研究员Christian Prehal表示，“我们研究的系统由纳米多孔碳电极和碘化钠电解质组成，碘化钠电解质是盐水。因此，该系统特别环保、成本效益高、不易燃且易于回收。”在小角度X射线散射和拉曼光谱的帮助下，研究人员首次证明，在充电过程中，固体碘纳米颗粒会在电池电极的碳纳米孔中形成，这些颗粒在放电过程中会再次溶解。Christian Prehal表示，“固体碘填充纳米孔的程度决定了电极中可以储存多少能量。碘碳电极将所有化学能储存在固体碘颗粒中，因此其储能能力可以达到非常高的水平。”这一新的基础知识为混合超级电容器或电池电极的开发开辟了道路，使其具有无与伦比的高能量密度和极快的充电和放电过程。在过去的几年里，研究员Qamar Abbas成功地研究并进一步开发了这种混合电容器。经过有针对性的改进，混合动力超级电容器现在可以作为固定储能的替代品，这种储能安全、不易燃、成本效益高且可持续。例如，对于私人家庭的光伏储能来说，这是一个非常有吸引力的选择。在拉曼光谱中，研究人员利用光和物质之间的相互作用来观察材料的结构或财产。通过小角度X射线散射可以观察到电化学反应中的结构变化。这两种方法都是现场原位操作，在专门开发的电化学电池的充电和放电过程中进行。Prehal表示， “格拉茨科技大学电子显微镜和纳米分析研究所以及软物质应用实验室首次在含有NaI电解质的混合超级电容器上进行了原位拉曼光谱和原位SAXS。为了研究原位SAXS，我们开发了一种用于电池和电化学储能设备的特殊测量电池，原位SAXS非常适合在纳米尺度上跟踪超级电容器或电池的结构变化，并且可以在充电和放电过程中直接操作。因此，这种新的研究方法在电化学储能领域具有广阔的应用前景。

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