超級(jí)電容器正在成為一項(xiàng)關(guān)鍵的實(shí)用存儲(chǔ)技術(shù)，可用于高能效運(yùn)輸，也可用于可再生能源(例如電網(wǎng)緩沖)。這些設(shè)備具有傳統(tǒng)電容器的優(yōu)勢(shì)，可以迅速傳輸高密度電流，以滿(mǎn)足需求，也具有電池的優(yōu)勢(shì)，可以存儲(chǔ)大量電能。

　　二氧化錳-碳納米管-海綿電極的特征：(a)，透視圖下的三維大孔分層二氧化錳-碳納米管-海綿電極;(b)，二氧化錳均勻沉積在碳納米管海綿結(jié)構(gòu)上;(c)，高倍放大的多孔二氧化錳納米粒子在碳納米管海綿上的情況，插圖顯示的形態(tài)是單個(gè)二氧化錳花狀粒子。

　　超級(jí)電容器可提供一種低成本的替代能源，取代充電電池，用于各種設(shè)備，如電動(dòng)工具，移動(dòng)電子產(chǎn)品，以及電動(dòng)汽車(chē)。一些汽車(chē)制造商都在探索的概念，是結(jié)合超級(jí)電容器與鋰離子電池，作為下一代的能源存儲(chǔ)系統(tǒng)，用于混合動(dòng)力汽車(chē)。盡管電容器的能量密度遠(yuǎn)低于電池，但是，它的功率密度高得多，這使它們可以產(chǎn)生爆發(fā)性電能，有助于新一代汽車(chē)在加速時(shí)具有同等或更好的速度，勝過(guò)傳統(tǒng)的汽油引擎車(chē)輛，同時(shí)可以顯著降低油耗。

　　研究人員現(xiàn)在已制成新型高性能海綿超級(jí)電容器，使用的是一種簡(jiǎn)單而可升級(jí)的方法。已經(jīng)報(bào)道了他們的研究，就在最近出版的《納米快報(bào)》(NanoLetters)上，題為《高性能納米結(jié)構(gòu)超級(jí)電容器采用海綿》(High-PerformanceNanostructuredSupercapacitorsonaSponge)，研究小組是在阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)(KAUST：KingAbdullahUniversityofScienceandTechnology)，就在沙特阿拉伯，小組領(lǐng)導(dǎo)是胡薩姆N.??阿爾謝里夫(HusamN.Alshareef)，他們表明，這種三維電極可能有巨大的優(yōu)勢(shì)，勝過(guò)傳統(tǒng)的混合電極材料。

　　“我們表明，超級(jí)電容器電極的制備采用大孔結(jié)構(gòu)，可以提高超級(jí)電容器的速度和單位電容(specificcapacitance)，”阿爾謝里夫說(shuō)?！拔覀円恢痹谟煤＞d，因?yàn)樗鼈兲峁┝诵路f的令人興奮的特性，不同于紙和織物：首先，海綿具有尺寸更均勻的孔隙。第二，纖維素(cellulose)或聚酯纖維(polyesterfibers)相互連接，實(shí)際上不需要結(jié)。這樣，連續(xù)涂抹納米材料就容易得多，因?yàn)闆](méi)有結(jié)需要穿過(guò)?！?/p>

　　這種基于海綿的超級(jí)電容器，設(shè)計(jì)和制造都是阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)的研究小組進(jìn)行的，他們使用了一種簡(jiǎn)單而可擴(kuò)展的方法。他們的制造過(guò)程包括四個(gè)簡(jiǎn)單的步驟：首先，用水和丙酮(acetone)清潔一塊市售海綿;然后，干燥后，切成小絲帶;這些絲帶要涂上碳納米管油墨;最后，研究人員采用電解沉積，使二氧化錳納米粒子沉積到涂有碳納米管的海綿上。

　　“因?yàn)樘技{米管的機(jī)械柔韌性，以及大孔海綿纖維素和碳納米管之間很強(qiáng)的范德華(vanderWaals)相互作用，所以，碳納米管很容易涂到海綿骨架上，使這種絕緣海綿高度導(dǎo)電，只需要采用一種簡(jiǎn)單的浸漬和干燥工藝?！卑栔x里夫解釋說(shuō)。

　　研究碳納米管涂層海綿時(shí)，研究人員發(fā)現(xiàn)，它仍然保持著分層大孔性質(zhì)，其中，錯(cuò)綜聚集的孔隙保持敞開(kāi)，可以流過(guò)電解液。這種碳納米管形成了薄薄的一層，裹住海綿骨架。

　　“我們測(cè)試機(jī)械韌性時(shí)，還對(duì)碳納米管海綿骨架進(jìn)行了折疊、扭曲和反復(fù)拉伸，”阿爾謝里夫說(shuō)?！敖?jīng)過(guò)所有機(jī)械測(cè)試后，這種海綿總會(huì)恢復(fù)到最初的形狀，不會(huì)有任何永久變形?！?/p>

　　研究小組還測(cè)試了他們海綿超級(jí)電容器的電化學(xué)性能?！斑@種大孔海綿，連同多孔性電解沉積二氧化錳(MnO2)納米粒子，形成一種雙重多孔電極結(jié)構(gòu)，具有良好的導(dǎo)電性，使電解液可完全進(jìn)入二氧化錳，這就極大地提高了二氧化錳-碳納米管-海綿超級(jí)電容器的性能，”阿爾謝里夫說(shuō)?！拔覀儼l(fā)現(xiàn)，我們的海綿超級(jí)電容器單位電容很高，充放電速度超快，循環(huán)穩(wěn)定性良好，能量和功率密度也很好，這就使它成為一種很有前途的電極，可用于未來(lái)的能源存儲(chǔ)系統(tǒng)?！?/p>

　　這可能是小型移動(dòng)電子設(shè)備的一個(gè)有趣的方面，制成的超級(jí)電容器海綿，事實(shí)證明遠(yuǎn)輕于剛性金屬或其他柔性基板，但具有同樣的面積：一塊海綿面積2平方厘米，厚度1毫米，重量大約只有10毫克。