据新华社电 18日，记者从中科院上海硅酸盐所获悉，该所科学家已研制出一种高性能超级电容器电极材料——氮掺杂有序介孔石墨烯。该材料具有极佳的电化学储能特性，可用作电动车的“超强电池”：充电只需7秒钟，即可续航35公里。相关研究成果已于18日发表在世界顶级期刊《科学》上。
超级电容器，是介于传统电容器和电池之间的一种电化学储能装置。由于具有功率密度高、循环寿命长、安全可靠等特点，现已广泛应用于混合电动汽车、大功率输出设备等多个领域。如何让超级电容器兼具高功率、高能量，长期以来科学家并没有找到理想材料。
为破解这一难题，中科院上海硅酸盐所联合北京大学、美国宾夕法尼亚大学展开持续攻关。黄富强研究团队最终发现，石墨烯是超级电容器电极的最佳选择。
通过反复试验、设计、合成，黄富强研究团队发现，氮掺杂有序介孔石墨烯的性能表现最佳。不仅能实现高能量密度、高功率密度，而且还可以通过使用水基电解液，做到无毒、环保、价格低廉、安全可靠。
据介绍，该新型石墨烯超级电容器体积轻巧、不易燃也不易爆，可采用低成本制备，实现规模生产。因性能较铅酸、镍氢等电池有明显的竞争优势，且在快速充放方面又远远优于锂电池，因此该“超级电池”可广泛应用于现有混合电动汽车、大功率输出设备的更新换代。
石墨烯神奇在哪？
习近平访英时 专门参观石墨烯研究院
石墨烯被比喻为最接近科幻名作《三体》“二向箔”的神秘物质，被预言是能改变21世纪的“神奇材料”。2010年，英国曼彻斯特大学教授安德烈·海姆与康斯坦丁·诺沃肖洛夫因发现石墨烯获得诺贝尔物理学奖。而我国对于石墨烯的科研也处于世界领先地位。
据新华社报道，10月23日,国家主席习近平在访英期间，曾去参观英国曼彻斯特大学国家石墨烯研究院，听取了诺贝尔物理学奖获得者诺沃肖洛夫教授介绍石墨烯研究情况,参观了石墨烯产品展示和生产石墨烯的地下超净实验室。
习近平指出,在当前新一轮产业升级和科技革命大背景下,新材料产业必将成为未来高新技术产业发展的基石和先导,对全球经济、科技、环境等各个领域发展产生深刻影响。中国是石墨资源大国,也是石墨烯研究和应用开发最活跃的国家之一。中英在石墨烯研究领域完全可以实现“强强联合”。
目前，石墨烯产业已被纳入国家战略布局。《中国制造2025》选择10大优势和战略产业实现重点突破，在首个重点领域技术路线图中，石墨烯材料成为前沿新材料的四大重点之一。“十三五”新能源汽车重点专项，也将石墨烯等新材料列为重点发展领域。
独一无二的特性：强度超过钻石、导电性能极好
石墨烯，实际就是从石墨中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。铅笔芯用的石墨就相当于无数层石墨烯叠在一起。听起来稀松平常的石墨烯，却有诸多独一无二的特性。通俗来说，目前自然界中，这东西最薄、最结实，导电性极好，在工业领域中几乎无所不能。
石墨烯有多薄？厚度仅为普通纸张的十万分之一。它可以被无限拉伸，弯曲到很大角度不断裂，可以抵抗很高的压力，同时还有着非同寻常的导热性和导电性。它的强度强过钻石、“秒杀”钢铁，针插不进、水泼不进。
能不能量产？我国已实现较低成本量产
为了研究石墨烯，科学家们历经艰辛。当初在实验室获得的石墨烯片价值超过最珍贵的钻石。100平方纳米的石墨烯，就要几千欧元，肉眼都看不见。
而经过不断探索，工业化生产石墨烯已经成功。现在，江苏常州已有一个国家级的石墨烯产业基地，聚集着50多家企业，这里的石墨烯技术具备国际一流水平。石墨烯成本价也因批量生产大大降了下来，目前一平方米石墨烯片价格在300元左右。
|
