為了開發(fā)新一代電動汽車、太陽能系統(tǒng)和其他清潔能源技術，研究人員需要一種有效的途徑來存儲能量。有一種關鍵的能量存儲設備適用于這些應用和其他應用，就是超級電容器，也稱為電雙層電容器(electricdouble-layercapacitor)。

獨特的三維陣列納米孔刻在沸石礦模板炭中，使它能夠用作電極，以制備高性能超級電容器，這種電容器具有高容量和快速充電時間。

在最近的一項研究中，科學家們已經考察了可能使用的一種材料，這種材料叫做沸石礦模板碳(zeolite-templatedcarbon)，可作為電極，用于這種類型的電容器，他們發(fā)現(xiàn)，這種材料獨特的孔狀結構大大提高了電容器的整體性能。

研究人員博之福華(HiroyukiItoi)，西原博友(HirotomoNishihara)，太極小暮(TaichiKogure)，京谷隆(TakashiKyotani)來自日本仙臺(Sendai)東北大學(TohokuUniversity)，他們已經發(fā)表的成果就是研究高性能電雙層電容器，發(fā)表在最近一期的美國化學學會雜志(JournaloftheAmericanChemicalSociety)。

為了儲存能量，電雙層電容器充電要使用離子，這些離子從本體溶液(bulksolution)遷移到電極，在那里它們被吸附。在到達電極表面之前，這些離子必須穿過狹窄的納米孔，而且要盡可能快速高效。基本上可以說，離子穿過這些路徑越快，電容器充電就越快，就會帶來高速度性能。此外，電極吸附離子密度越大，電容器可以存儲的電荷量就越大，就會帶來高容量電容。

最近，科學家們一直在測試材料，他們使這些孔具有各種不同的大小和結構，努力實現(xiàn)既有快速的離子傳輸，又有很高的吸附離子密度。但是這兩個要求是有點矛盾的，因為離子穿過較大的納米孔會更迅速，但大納米孔會使電極密度低，從而降低吸附離子密度。

“在這項工作中，我們成功地表明，有可能滿足這兩個看似矛盾的要求，就是滿足高功率密度和高容量電容，采用沸石礦模板炭就可以，”西原對物理學家組織網站說。

這種沸石礦模板炭包含的納米孔直徑是1.2納米，小于大多數電極材料，而且有一種非常有序的結構，而其他的孔可能就是無序的和隨機的。這種納米孔的小尺寸就使得吸附離子密度很高，而這種有序的結構被描述為鉆石般的框架，就使離子可以快速穿過納米孔。在先前的研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)，沸石礦模板炭上面的納米孔小于1.2納米，就無法實現(xiàn)快速離子傳輸，這表明這一尺度可提供最佳平衡，就是平衡高速性能與高容量電容。

在測試中，沸石礦模板炭的性能超過了其他材料，表明它可被用作一種電極，用于高性能電雙層電容器。

“我們現(xiàn)在正在試圖進一步提高沸石礦模板炭的能量密度，使它達到和充電電池相同的水平，”西原說。“如果這樣的電雙層電容器被開發(fā)出來，用于移動設備比如手機，充電時間就可縮短到只有幾分鐘。還有另一個重要的應用前景，就是電雙層電容器可以支持電動汽車的充電電池，延長電池使用壽命。也為了這種目的，實現(xiàn)更高的能量密度就是一個關鍵問題。”