德克薩斯大學(xué)*分校機械工程系材料科學(xué)與工程教授Rodney S. Ruoff領(lǐng)導(dǎo)的科研團隊成功制備出一種由石墨烯衍生出的新型三維多孔碳材料。利用該材料作為電極組裝成的超級電容器，其能量密度可達到鉛酸電池的水平，同時還保持超級電容器固有的高功率輸出和極快的充電速度，有望應(yīng)用于電動汽車以及解決風(fēng)能、太陽能等間歇性能源的存儲問題。這一發(fā)現(xiàn)意義深遠：它有望使超級電容器存儲的電能大大增加至電池的水平，將成為電化學(xué)儲能設(shè)備和其他許多的研究領(lǐng)域的一個里程碑。

電化學(xué)儲能設(shè)備中，超級電容器被比喻為“百米運動員”，其能量轉(zhuǎn)移速度和效率都非常高，但是通常儲存的電能少；而電池更像是“馬拉松運動員”，具有較高的能量存儲能力，充放電速度雖然慢但較穩(wěn)定。“我們合成的新型碳材料像海綿一樣具有大量的納米級微孔，其比表面積達到了3100平方米每克（兩克此種材料的表面積就和一個美式橄欖球場的大小相當），它的導(dǎo)電性也比一般材料高得多。

這項工作主要是由該研究小組的博士后研究員朱彥武博士及合作者來完成，于5月12日發(fā)表在《科學(xué)》（Science）雜志的在線預(yù)印版本ScienceXpress上。該小組的另一位博士后蔡偉偉博士也參與了此項研究。德克薩斯大學(xué)達拉斯分校的研究人員、布魯克海文國家實驗室的科研工作者以及佛羅里達美國康塔儀器公司的科學(xué)家也參與了這項工作。

其中，美國康塔儀器公司的Autosorb-IQ和NOVA被用于對合成的新型碳材料的孔結(jié)構(gòu)、孔容和比表面積進行表征，通過研究N2@77K, Ar@87K及CO2@273K不同吸附質(zhì)、不同吸附溫度的實驗等溫線，可得到包括孔結(jié)構(gòu)在內(nèi)的豐富信息，與TEM、XRD等實驗結(jié)果相互印證，為材料合成、應(yīng)用提供關(guān)鍵信息。

來源： www.sciencexpress.org / 12 May 2011 / Page 3 / 10.1126/science.1200770

Super Carbon For Supercapacitors

Quantachrome Experts Help Develop Novel Micro-Mesoporous Carbon Material

Published on May 25, 2011 at 8:42 PM

New carbon structure has beneficial nano-scale pore structure.

Quantachrome's Director of Applied Science, Dr Matthias Thommes, and Staff Scientist, Dr Katie Cychosz, contributed their expertise in porous materials characterization to the collaborative work by the University of Texas and Brookhaven National Laboratory that led to the development of a novel micro-mesoporous carbon material, described as exfoliated graphene oxide.

Thommes and Cychosz （above, shown with some of their pore size data） are co-authors of a paper announcing the work published just this month （online） by Science magazine entitled Carbon-Based Supercapacitors Produced by Activation of Graphene by Yanwu Zhu, Shanthi Murali, Meryl D. Stoller, K. J. Ganesh, Weiwei Cai, Paulo J. Ferreira, Adam Pirkle, Robert M. Wallace, Katie A. Cychosz, Matthias Thommes, Dong Su, Eric A. Stach and Rodney S. Ruoff. Science, 12 May 2011 DOI: 10.1126/science.1200770

The new porous, three-dimensional carbon can, according to the group led by Professor Rodney S. Ruoff at the University of Texas at Austin's Cockrell School of Engineering, be used as a greatly enhanced supercapacitor, and thus shows promise for many energy storage uses. This new material can be described as an "elecritical charge storage sponge" based on its continuous 3-D network of pores with walls just one atom thick. The material's BET surface area was reported as up to 3100 square meters per gram （greatly increased over typical activated carbons' 1000-2000 m2/g）, and pores primarily 0.6- to 5-nm wide.