以石墨烯储能技术为动力的超级电容器概念摘要
NETL 的研究人员开发出一种低成本工艺，可将煤焦油废料转化为高质量的石墨烯材料，这种材料可将储能超级电容器系统的性能提高 55%。
超级电容器可储存电能，在某些方面可与电池相媲美。一个主要区别是，超级电容器可以在几秒或几分钟内快速充放电，而电池则需要几个小时。超级电容器可进行多达 100 万次充放电循环，而电池只能进行数千次循环。
超级电容器通常用于调节电网与间歇性可再生能源（如风力发电场和光伏发电场）之间的功率波动。超级电容器还可作为不间断电源用于短期储能。在许多应用中，超级电容器和电池一起用于混合储能系统，其中每种设备的优点都能抵消对方的缺点，从而形成一个协同系统，在各种条件下储存和提供能量。
据发表在Small Methods杂志上的报告作者之一、NETL 的克里斯托弗-马特兰加（Christopher Matranga）介绍，长期以来，石墨烯一直被认为是理想的超级电容器电极材料，但其在商业设备中的应用却很有限，因为目前几乎没有低成本大规模生产高质量石墨烯的方法。
NETL 报告的共同作者是 Viet Hung Pham、Congjun Wang、Yuan Gao、Jennifer Weidman 和 Ki-Joong Kim。
报告的主要研究人员 Pham 解释说：”石墨烯是最有前途的超级电容器电极材料之一，因为它具有大表面积、高导电性、良好的化学稳定性和出色的机械强度。”
NETL 的研究发现了一种工艺，它使用煤焦油沥青（一种廉价而丰富的碳原料）和碳酸钾 (K2CO3) 催化剂，通过简单的工艺就能制造出具有高碳质量产量的微观三维石墨烯。
煤沥青是一种由碳氢化合物组成的粘稠液体混合物，直接从煤中提取，在锂离子电池电极的制造过程中经常被用作粘合剂或涂层。
NETL 的报告指出，新的创新工艺生产出了高质量的石墨烯，其电容特性达到了石墨烯基超级电容器设备的最高水平。
Pham 说，超级电容器在传统电容器和传统电池之间架起了一座桥梁，它比电容器储存更多的能量，比电池具有更高的功率密度。
根据 NETL 的报告，该研究成果 “克服了制造实用超级电容器电极的长期挑战，其中涉及平衡两个相互冲突的特性：高孔隙率和高材料密度……因此，我们的简单合成方法可以廉价生产电极，并为在实用超级电容器设备中更广泛地使用石墨烯基材料开辟了新的机遇”。
NETL是美国能源部的一个国家实验室，致力于推动创新，为未来清洁安全的能源提供解决方案。通过利用其高技能的创新人员和最先进的研究设施，NETL 正在推进碳管理和资源可持续发展技术，为所有美国人实现环境的可持续发展。
Synthesis of Microscopic 3D Graphene for High-Performance Supercapacitors with Ultra-High Areal Capacitance
https://doi.org/10.1002/smtd.202301426
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