慕尼黑技术大学 由金属有机框架(MOF)和石墨烯酸制成的石墨烯杂化物成为超级电容器的优异正极，从而获得与镍-金属氢化物电池类似的能量密度
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Kolleboyina/IITJ 慕尼黑工业大学无机和金属有机化学教授罗兰·费舍尔的团队开发了一种高效超级电容器
储能装置的基础是一种新型、强大且可持续的石墨烯混合材料，其性能数据与目前使用的电池相当
通常，能量存储与为电子设备提供能量的电池和蓄电池相关联
然而，在笔记本电脑、相机、手机或汽车中，所谓的超级电容器现在越来越多地被安装
与电池不同的是，它们可以快速储存大量能量，并以同样快的速度释放出来
例如，如果火车进站时刹车，超级电容器储存能量，并在火车启动时快速需要大量能量时再次提供能量
然而，迄今为止超级电容器的一个问题是它们缺乏能量密度
虽然锂蓄电池的能量密度高达265千瓦时(千瓦/小时)，但超级电容器迄今只能提供十分之一的能量密度
可持续材料提供高性能 该团队与英国技术大学化学家罗兰·费舍尔合作，现已开发出一种新型、强大且可持续的石墨烯复合材料，用于超级电容器
它用作能量存储装置中的正电极
研究人员将它与一种基于钛和碳的已被证实的负电极相结合
这种新型储能装置不仅能获得高达73瓦时/千克的能量密度，大致相当于镍金属氢化物电池的能量密度，而且在16千瓦/千克的功率密度下比大多数其他超级电容器性能更好
新型超级电容器的秘密在于不同材料的结合——因此，化学家称超级电容器为“不对称的”
' 由金属有机框架(MOF)和石墨烯酸制成的石墨烯杂化物成为超级电容器的优异正极，从而获得与镍金属氢化物电池相似的能量密度
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Jayaramulu Kolleboyina/IITJ 混合材料:自然是榜样 研究人员押注于一种新策略来克服标准材料的性能限制——他们使用混合材料
“自然界充满了高度复杂、进化优化的混合材料——骨骼和牙齿就是例子
罗兰·菲舍尔说:“它们的机械性能，如硬度和弹性，通过各种天然材料的结合得到了优化。”
研究小组将结合基本材料的抽象想法转移到超级电容器上
在此基础上，他们用化学修饰的石墨烯作为存储单元的新型正电极，并将其与纳米结构的金属有机框架相结合，即所谓的多孔膜
强大而稳定 石墨烯复合物的决定性性能一方面是大的比表面积和可控的孔径，另一方面是高的电导率
“这种材料的高性能是基于微孔多孔膜与导电石墨烯酸的结合，”第一作者贾亚拉姆鲁·科尔勒博伊纳解释说，他是罗兰·费舍尔的前客座科学家
大的表面对于好的超级电容器很重要
它允许在材料中分别收集大量的电荷载体——这是电能储存的基本原理
通过巧妙的材料设计，研究人员实现了将石墨烯酸与金属氧化物燃料电池连接起来的壮举
得到的混合金属氧化物燃料电池具有高达900平方米/克的非常大的内表面，并且作为超级电容器中的正电极具有高性能
由金属有机框架(MOF)和石墨烯酸制成的石墨烯杂化物成为超级电容器的优异正极，从而获得与镍金属氢化物电池相似的能量密度
黑色表示材料中的高电子迁移率
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Kolleboyina / IITJ 长期稳定性 然而，这并不是新材料的唯一优势
为了获得化学稳定的混合物，需要在成分之间有强的化学键
费希尔说，这些键显然与蛋白质中氨基酸之间的键相同:“事实上，我们已经将石墨烯酸与一种多核苷酸氨基酸连接起来，这就产生了一种肽键
" 纳米结构组件之间的稳定连接在长期稳定性方面具有巨大的优势:结合越稳定，充电和放电循环就越多，而不会对性能造成显著损害
相比之下，一个经典的锂蓄电池的使用寿命约为5000次循环
由TUM研究人员开发的新电池即使在10000次循环后仍能保持接近90%的容量
国际专家网络 费希尔强调，在开发新型超级电容器时，研究人员自己控制的不受约束的国际合作是多么重要
因此，贾亚拉姆鲁·科尔莱博伊纳组建了这个团队
他是亚历山大·冯·洪堡基金会邀请的印度客座科学家，现在是新成立的查谟印度理工学院化学系的负责人
“我们的团队还与巴塞罗那的电化学和电池研究专家以及捷克共和国的石墨烯衍生物专家建立了联系，”费舍尔报告说
“此外，我们还整合了来自美国和澳大利亚的合作伙伴
这种美妙的国际合作对未来充满希望
"
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