“海绵宝宝”无碳超级电容器助力能量存储

2016年10月，麻省理工学院的研究人员试验了一种全新的能量存储概念——用海绵状材料替代碳。如果此项研究成功，就能够为电网应用、电动汽车以及其他设备提供更强大、更灵活的能源存储方法，有助于加快全球向可再生能源的转型。

这种正在研究的材料属于金属—有机骨架材料（MOFs）。不严格地说，MOFs是一种蓬松的晶体材料，蓬松度是这种材料的关键所在，正是因为蓬松才有相对来说显得极为巨大的表面积。MOFs的表面积远大于碳，这也是研究人员考虑用它进行储能的原因。此前，劳伦斯伯克利国家实验室的研究人员也正在研究将其用于储氢，西北大学一直在研究将MOFs用于太阳能应用，太平洋西北国家实验室则一直在研究将MOFs应用于清洁技术。但是超级电容器领域尚未对此类材料有所关注，因为通常情况下MOFs不能非常有效地导电。麻省理工学院这一研究则是首次将MOFs应用于超级电容器。

电化学双电层电容器（EDLCs）具有较高的功率密度以及良好的循环特性，近年来成为一种非常重要的电力存储技术，在间歇性可再生能源的大规模应用、智能电网以及电动汽车等领域有着广阔的应用前景。因为EDLCs的电容量和充放电速率分别与其表面积和导电性成正相关，因此以活性炭、碳纳米管和交联/多孔石墨烯为代表的多孔碳材料被专门用作EDLCs的活性电极材料。MOFs的表面积远超活性炭，因此有可能成为一种优质的EDLCs电极材料。但是，MOFs的高孔隙率通常容易导致其导电性比较差，这阻碍了其作为EDLCs电极材料的应用。

目前，麻省理工学院的研究人员发现了一种高导电性的MOF材料，Ni3(2,3,6,7,10,11-六胺三亚苯)2（Ni3(HITP)2）可以用作EDLCs的电极材料。这也是首次单独采用这种纯MOFs作为电极材料用于EDLCs，不添加任何导电剂和粘结剂。这种基于MOF的器件呈现出比大部分碳基材料更高的面积容量，经过10000次循环后，其容量保持率高达90%，可媲美商业化器件。