美实验室设计创纪录炭基超级电容材料储能界限

研究人员表示，他们创造了一种具有增强的物理化学和电化学性能的碳材料，将碳基超级电容器的能量存储边界推向了新的水平。 这是多孔碳有史以来最高的存储容量，是一个“真正的里程碑”。

商用超级电容器有两个电极，一个阳极和一个阴极，它们分开并浸泡在电解质中。 在电解质和碳之间的界面处，双电层可逆地分离电荷。 制造超级电容器电极的首选材料是多孔碳。 这些孔提供了用于存储静电荷的大表面积。

在这项新研究中，研究人员利用机器学习构建了人工神经网络模型，并对其进行训练以开发用于能量输送的“梦想材料”。 该模型预测，如果碳掺杂氧和氮，碳电极的最大电容将为每克570法拉。

因此，研究人员设计了一种非常多孔的掺杂碳，为界面电化学反应提供了巨大的表面积。 然后他们合成了一种富氧碳框架，这是一种用于存储和传输电荷的新材料。

这种合成材料的电容为每克 611 法拉，是典型商用材料的四倍。 该材料是碳基材料有史以来表面积最高的材料之一，每克重量的表面积超过 4,000 平方米。 该团队表示，这项研究有可能加速超级电容器用碳材料的开发和优化。

【主编圈子】

“海纳百川，海纳百川。” 科学家们一直在努力研究如何使电容器（一种几乎所有电子设备中都存在的装置）能够存储更多的电能。 其中，超级电容器被誉为“储能行业的救世主”。 尽管它是在电场中储存电能，但它的“超级”特点是，在保持较小尺寸的同时，可以储存相当于普通电容器数万倍的电量。 本文的研究向人们证明了机器学习在该设备材料设计中的成功应用，展示了数据驱动方法推动技术进步的力量。