慕尼黑工业大学开发新型混合超级电容器
文章信息
技术领域：混合超级电容
开发单位：慕尼黑工业大学Roland Fischer
文章名称：Kolleboyina Jayaramulu, Roland A. Fischer, et al. Covalent Graphene‐MOF Hybrids for High‐Performance Asymmetric Supercapacitors. Advanced Materials, 2020.
技术突破：研发出了一种新型混合超级电容器，能量密度与镍氢电池相当，功率密度是锂电池10倍，在10000次循环后仍能保持接近90%的容量
应用价值：可用于解决超级电容能量密度低的问题。
超级电容器与电池的不同之处在于，它们可以快速储存大量能量，并以同样快的速度释放。例如，列车在进站时刹车，超级电容器就会储存能量，并在列车启动时非常快速地再次提供能量。然而，此前由于能量密度问题，超级电容器的发展一直止步不前：锂蓄电池的能量密度可达265千瓦时(kW/h)，而超级电容器只能达到其十分之一。
慕尼黑工业大学(TUM)Roland Fischer的团队研发出了一种高效的超级电容器。该储能装置采用了一种既新型又强大、同时也是可持续发展的石墨烯混合材料作为正极，与基于钛和碳的成熟负极相结合，即所谓的MOF相结合，这种混合材料具有较大的比表面积和可控的孔径，而且导电性也较高，这是其性能的决定性因素。新型储能装置不仅能量密度高达73 Wh/kg，大致相当于镍氢电池的能量密度，而且在功率密度为16 kW/kg的情况下，其性能也远超其他大多数超级电容器。通过巧妙的材料设计，研究人员实现了将石墨烯酸与MOFs相连接，所得的混合MOFs具有非常大的内表面，每克高达900平方米。研究人员指出，纳米结构成分之间的稳定连接，在长期稳定性方面有着巨大的优势，键越稳定，充放电循环次数就越多，而不会有明显的性能损害。传统的锂电蓄能器的使用寿命约为5000次，而新型超级电容器，即使在10000次循环后，仍能保持接近90%的容量。(来源：财联社)
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兰州大学开发轻薄柔性的全生物可降解超级电容器植入物
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技术领域：可降解超级电容
开发单位：兰州大学，兰伟；兰州大学，王凯荣；美国休斯敦大学，余存江.
文章名称：Hongwei Sheng, Wei Lan, Kairong Wang, Cunjiang Yu, et al. A thin, deformable, high-performance supercapacitor implant that can be biodegraded and bioabsorbed within an animal body. Science Advances, 2020.
技术突破：研究了一种轻薄、柔性的全生物可降解超级电容器植入物，具有较高的能量密度和功率密度，且全部由绿色、安全、生物相容性的材料构成，任务完成后可在生物体内完全降解并被吸收，经自然新陈代谢排出体外，无需二次手术移除，具有安全、健康、低成本等特点。
应用价值：有望为下一代生物可降解植入式医疗电子器件或其他瞬态电子器件的供能问题提供能量解决方案。
植入式医疗电子器件有望实现健康的实时监测与精准诊疗，目前其能量供应主要依赖于植入式一次电池。这种电池会占据整个器件的大部分质量和体积，在电池耗尽或工作结束后需要通过手术去替换或移除。由于电池中包含有毒或有害物质，在植入前需要对其外部进行严格的刚性封装和生物相容性处理。超级电容器具有快速充放电、功率密度高和长寿命等特点，可为有源的植入式医疗电子器件进行供能，被认为是一种理想的储能装置。
兰州大学物理科学与技术学院教授兰伟课题组联合美国休斯敦大学教授余存江和兰州大学基础医学院教授王凯荣，研究了一种轻薄、柔性的全生物可降解超级电容器植入物。研究人员采用简单、绿色、可控的电化学氧化策略，在水溶性金属钼箔表面原位生长了一层富缺陷的非晶氧化钼微纳米片阵列作为电极，生物相容的海藻酸钠水凝胶作为电解质，组装成对称固态超级电容器植入物。研究人员表示，封装后的器件可在模拟体液环境中有效工作长达一个月，且实现了工作寿命的长短可控。器件的能量密度较高，在不同角度持续弯曲数百次之后，未发现明显的能量衰减，通过器件串并联可为各类商用电子产品进行供能。研究人员将该器件植入大鼠皮下后能正常工作，任务完成之后的半年内，该器件通过一系列水解反应和新陈代谢被自然吸收，未对生物体产生任何不良反应。该器件具有较高的能量密度和功率密度，且全部由绿色、安全、生物相容性的材料构成，任务完成后可在生物体内完全降解并被吸收，经自然新陈代谢排出体外，无需二次手术移除，具有安全、健康、低成本等特点。该研究有望为下一代生物可降解植入式医疗电子器件或其他瞬态电子器件的供能问题提供能量解决方案。
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