原标题：充电7秒钟、续航35公里：我国科学家成功研制石墨烯超强电池
新华社上海12月18日电（记者王琳琳）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（微博）、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。
【延伸阅读】 特斯拉推介家庭及企业电池组产品
4月30日，在美国加利福尼亚州霍索恩，特斯拉公司首席执行官马斯克在产品推介会上讲话。主要研发电动车的美国特斯拉汽车公司30日正式推出两款分别用于家庭和企业的电池组产品。特斯拉表示，其锂离子电池组用太阳能充电，可成为家庭和企业的供电来源。产品推介会在特斯拉公司位于加利福尼亚州南部的设计工作室举行，工作人员现场展示了名为“电力墙”的家用电池组和名为“电力组”的企业用电池组。新华社记者杨磊摄
4月30日，在美国加利福尼亚州霍索恩，特斯拉公司首席执行官马斯克在产品推介会上讲话。主要研发电动车的美国特斯拉汽车公司30日正式推出两款分别用于家庭和企业的电池组产品。特斯拉表示，其锂离子电池组用太阳能充电，可成为家庭和企业的供电来源。产品推介会在特斯拉公司位于加利福尼亚州南部的设计工作室举行，工作人员现场展示了名为“电力墙”的家用电池组和名为“电力组”的企业用电池组。新华社记者杨磊摄
4月30日，在美国加利福尼亚州霍索恩，一名摄影师拍摄特斯拉汽车公司推出的“电力墙”家用电池组。主要研发电动车的美国特斯拉汽车公司30日正式推出两款分别用于家庭和企业的电池组产品。特斯拉表示，其锂离子电池组用太阳能充电，可成为家庭和企业的供电来源。产品推介会在特斯拉公司位于加利福尼亚州南部的设计工作室举行，工作人员现场展示了名为“电力墙”的家用电池组和名为“电力组”的企业用电池组。新华社记者杨磊摄
【延伸阅读】英媒：科学家宣布攻克“超级电池”技术难关
参考消息网11月1日报道 英媒称，剑桥大学在电化学领域的一项突破或将催生可充电的超级电池。这种电池在给定空间内存储的能量是目前最好电池的5倍，可大大拓展电动汽车的续航里程，并可能大幅提高电力存储的经济效益。
据英国《金融时报》网站10月30日报道，化学教授克莱尔·格雷和她的团队攻克了锂空气电池开发中的技术难关。理论上说，只有这种电池能让电动汽车在不必携带巨大而笨重的电池组的情况下，拥有可媲美汽油车及柴油车的续航里程。
报道称，如果能把该技术从实验室的演示品转变为商品，那么汽车只充一次电就能从伦敦驶到爱丁堡（两地相距约650公里——本网注），所用电池的成本和重量却只有今日电动汽车所用锂离子电池的1/5。
格雷教授表示：“我们取得的成就使这项技术向前迈出了重要一步，预示着全新的研究领域。我们仍未全盘解决这一化学机制所固有的问题，但我们的成果确实揭示了前行的道路。”
和目前的可充电电池中盛行的锂离子技术相比，锂空气电池理论上可存储的能量要多得多，以至于全球的研究人员都在开展锂空气电池的研究。
发表在美国《科学》周刊上的一篇研究论文显示，剑桥的这个团队攻克了这种技术中的部分实际问题——尤其是化学上的不稳定问题。此前，由于这种化学上的不稳定，锂空气电池会显示出性能迅速衰退的现象。
锂空气电池的基本化学原理十分简单。这种电池通过锂和氧结合成过氧化锂实现放电，再通过施加电流逆转这一过程而完成充电。如何可靠地令上述反应反复发生是该技术面临的挑战。剑桥的科学家对相关化学过程做了调整以提高其可控性。比如，他们将过氧化锂转变为更易处理的氢氧化锂，还向系统中添加了碘化锂，并用石墨烯制作了渗透性极好的“蓬松”电极。所谓石墨烯，是12年前曼彻斯特大学发现的一种碳的同素异形体。
研究人员表示，剑桥实验室中展示的电池系统效率达90%，可充电2000次。不过他们表示，可能至少还需10年的工作才能将该电池变为可用于汽车和电网蓄电的商业电池。电网蓄电装置用于存储太阳能和风能发电站间歇发出的电力，以便在需要的时候使用。
格雷教授表示：“我们获得了该技术的专利，其知识产权归剑桥大学商业化机构剑桥实业所有。我们正与多家公司合作推进这项技术。”
（2015-11-01 13:10:16）
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