趣头条超级电容器和电池杂交呢？，杂交水稻解决了吃饭( 二 ) 撰文/马晓蕾编辑/温莎设计/杜凯来源/Ec

超级电容器介于电容器和电池之间。又称双层电容器。与普通电容器相比，超级电容器具有非常高的电容和更低的额定电压。超级电容器中加入了电解液，也带来了增加类似电池中化学反应的可能性。

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物理储能VS化学储能
爱沙尼亚的超级电容器公司SkeletonTechnologies就是这样打算的。
Skeleton公司已经开发出了由其所谓的弯曲石墨烯组成的金属板，用于一系列新的超级电容器。普通的石墨烯是一层单层的碳原子排列成六边形网格，它具有高导电性。而Skeleton的弯曲石墨烯则由褶皱的片状物组成。该公司希望，表面积的增加将使其新产品的能量密度达到10-15wh/kg ，不过，这离超级电容器20-30wh/kg的理论最大值还差得远。
然而，这只是Skeleton计划的开始。该公司的工程师现在正与德国卡尔斯鲁厄理工学院合作，在其所谓的“超级电池”中使用弯曲的石墨烯。虽然这本质上仍然是一个超级电容器，以静电场的形式存储大部分电荷，但Skeleton的创新主管塞巴斯蒂安·帕尔曼（SebastianPohlmann）表示，电解液也将提供一些化学能量存储。该公司未透露其使用的电解液和涉及的化学成分。帕尔曼博士只说了“它与传统的锂离子化学成分大不一样” 。
但他声称，总体效果将是15秒内充满电，并能提供60wh/kg的能量密度。 Skeleton的目标是在2023年开始商业化生产这种产品。

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超级电容器的工作原理
其他公司也在研究如何在超级电容器中增加化学储能。例如，奥地利格拉茨理工大学的研究人员已经开发出一款，在电容器的电触头上涂上多孔碳。其中一个电触头的工作原理就像电容板，另一个电触头则像电池电极。
与Skeleton不同，格拉茨小组使用的是碘化钠水溶液（即钠离子和碘离子的溶液）作为电解液。在电极上，碘化物变成碘元素，在放电过程中，碘元素在多孔碳的孔隙中结晶。当设备充电时，这个过程又会反过来。板上的孔隙也同样起到容纳钠离子的作用。
根据其发明者最近在《自然》子刊《自然通讯》（NatureCommunications）上发表的一篇论文，格拉茨电池的性能超过了锂离子电池。例如，它能够充放电一百多万次，该团队成员卡马尔·阿巴斯（QamarAbbas）说。同等容量的锂离子电池可能只能承受几千个循环。
那么， Skeleton和格拉茨小组都是采用改良的超级电容器架构，并添加一些特定的电化学。相比之下，虽然Nawa的产品确实也采用了改良的超级电容器板作为电极，但它使用了久经考验且值得信赖的锂离子成分来进行化学反应过程。
与Skeleton一样， Nawa已经在生产超级电容器。金属板是用该公司称为VACNT（VerticallyAlignedCarbonNanotubes垂直排列的碳纳米管）的工艺制造的。这将这些管子排列成一个微型的类似于刷子上的刷毛的阵列，极其微型化。一平方厘米大约有1000亿根，全部保持直立，这大大增加了可容纳电荷的表面积。
为了使VACNT板也能作为类似电池的电极使用， Nawa的工程师将纳米管变薄，以便为电池反应所使用的化学涂层腾出空间，同时也为锂离子进出管子之间的空间腾出空间。该公司认为，这种自由移动将使该装置的功率密度提高10倍。

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扫描电镜图像显示的VACNT阵列
首先，该发明的阴极（电池中的正极）的纳米管将被涂上镍、锰和钴，这种搭配已经广泛用于制造这种阴极。传统的阳极（负极）也是以碳为基础的，因此以纳米管的形式使用该元素并不是一个很大的创新。不过，其他商业化程度较低的电池化学制品也应该可以使用VACNT电极。这些包括锂硫和锂硅，它们都有可能提高能量密度。

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