在全球致力于開發(fā)兼具高速充放電和強(qiáng)大儲(chǔ)能能力的新一代能源系統(tǒng)的背景下，工程師們?nèi)〉昧艘粋€(gè)重大里程碑。這一突破將為電動(dòng)汽車、電網(wǎng)穩(wěn)定以及消費(fèi)電子產(chǎn)品帶來新的可能性。

在最近發(fā)表于《自然通訊》（Nature Communications）上的一篇論文中，來自莫納什大學(xué)（Monash University）的研究團(tuán)隊(duì)介紹了一種新型碳基材料，它使得超級(jí)電容器能夠儲(chǔ)存與傳統(tǒng)鉛酸電池等同的能量，同時(shí)提供比傳統(tǒng)電池系統(tǒng)快得多的放電速度。

超級(jí)電容器的潛力被完全釋放

超級(jí)電容器是一種新興的儲(chǔ)能形式，它通過靜電而非化學(xué)反應(yīng)來儲(chǔ)存電荷，因此具有充電速度快、循環(huán)壽命長的優(yōu)點(diǎn)。然而，長期以來，超級(jí)電容器的效率一直受限于其碳材料的表面積——這是儲(chǔ)能的關(guān)鍵因素——只有一小部分表面積能夠被有效利用。

莫納什大學(xué)機(jī)械與航空航天工程系教授 Mainak Majumder 指出，他們的團(tuán)隊(duì)通過“簡單地改變材料的熱處理方式”，成功解鎖了大部分的表面積。

這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)意味著，科學(xué)家們現(xiàn)在可以制造出既能儲(chǔ)存足夠能量來替代許多應(yīng)用中的電池，又能以極快速度輸送功率的超級(jí)電容器。

關(guān)鍵創(chuàng)新：多尺度還原氧化石墨烯（M-rGO）

這項(xiàng)突破的關(guān)鍵在于團(tuán)隊(duì)開發(fā)出的一種新型材料結(jié)構(gòu)，稱為多尺度還原氧化石墨烯（M-rGO）。這種材料由澳大利亞豐富的天然石墨合成而來。

通過一個(gè)快速熱退火過程，研究人員創(chuàng)造出一種高度彎曲的石墨烯結(jié)構(gòu)，其中包含精確的通道，允許離子快速、高效地移動(dòng)。其結(jié)果是制造出了一種同時(shí)具備高能量密度和高功率密度的材料——這兩種特性此前很難在單一設(shè)備中實(shí)現(xiàn)。

創(chuàng)紀(jì)錄的性能與商業(yè)化潛力

這項(xiàng)研究的關(guān)鍵性能指標(biāo)達(dá)到了碳基超級(jí)電容器的頂尖水平：

• 體積能量密度： 達(dá)到 99.5 Wh/L（與傳統(tǒng)鉛酸電池相當(dāng)）。
• 功率密度： 高達(dá) 69.2 kW/L（遠(yuǎn)超傳統(tǒng)電池）。
• 充電性能： 具有極快的充電速度和出色的循環(huán)穩(wěn)定性。

更重要的是，研究人員強(qiáng)調(diào)，這種制造工藝具有可擴(kuò)展性，并且與澳大利亞的原材料兼容。

這項(xiàng)技術(shù)目前正通過莫納什大學(xué)的衍生公司 Ionic Industries 進(jìn)行商業(yè)化。該公司已經(jīng)開始商業(yè)化生產(chǎn)這種石墨烯材料，并正與儲(chǔ)能領(lǐng)域的合作伙伴協(xié)作，將這項(xiàng)突破推向市場應(yīng)用，尤其是在那些對(duì)高能量儲(chǔ)存和快速功率輸送都至關(guān)重要的領(lǐng)域。這項(xiàng)創(chuàng)新是莫納什大學(xué)致力于開發(fā)先進(jìn)材料、邁向低碳能源未來的重要組成部分。

參考資料:DOI: 10.1038/s41467-025-63485-0