科技|当石墨烯与超级电容器相结合【背景】由于能源问题和环境保护的要求，新能源汽车的需求越来越紧迫，但由于现代储能技术不过关等因素，导致该类汽车推广困难。而以石墨烯为电极制成的超级电容器可以很好地解决这一问题。超级电容器用于可再生能源存储、便携式电子设备以及电动汽车等领域。美国国家能源局预测，超级电容器在全球市场的规模将从2007年的40亿美元（约合人民币243.7亿元）发展到2013年的120亿美元（约合人民币731亿元）。石墨烯以其自身的优点在超级电容器应用中展现出巨大的应用潜力。专家指出，未来随着超级电容器的逐步推广，石墨烯超级电容器也将迎来巨大的市场空间。在关注石墨烯超级电容器之前，我们先来了解下超级电容器。【超级电容器】定义：超级电容器是一种介于传统物理电容器件和电池之间的新型器件。它工作条件友好，工作时无污染、无排放，绿色环保，性能优越，具有高功率密度、高循环稳定性和长循环寿命的新型储能器件，能够在极端的温度环境中工作，适于需要在几分之一秒至几分钟时间的重复电能脉冲的应用产品。分类：双电层电容器、赝电容电容器和前两者的混合电容器。构造：电极材料、集流体、电解液和隔膜。表征性能：比电容、能量密度和循环寿命保持率等。历史：电容器的研究是从上世纪30年代开始的,随着电子工业的发展,先后经历了电解电容器、瓷介电容器、有机薄膜电容器、铝电解电容器、钮电解电容器和双电层电容器的发展.其中双电层电容器,又叫电化学电容器,是一种相对新型的电容器,它的出现使得电容器的上限容量骤然跃升了3-4个数量级,达到了法拉第级(F)的大容量,正缘于此,它享有“超级电容器”之称。11969年标准石油公司实现了碳材料电化学电容器的商业化；1979年NEC公司开始生产超级电容器，实现了电化学电容器的大规模商业应用；九十年代末，开始进入大容量高功率型超级电容器的全面产业化发展时期。从此，超级电容器不断得到市场的认知，市场拓展成几何倍数增长。性能：功率密度高：是一般蓄电池的数十倍充放电循环寿命长：可达万次以上，远远大于蓄电池（500-1000次）充电时间短：以一般蓄电池的充电电流密度进行充电只需10-12分钟，而蓄电池在此时间内无法完全充电。在高功率密度的同时可以保持适当的能量密度（5-10Wh/kg）。贮存寿命长：在充电之后不会出现化学或电化学反应，电极材料在电解质中相对稳定，贮存寿命几乎无限。工作温度范围宽：可在-50~+75℃条件下工作，性能优于传统电容和蓄电池。应用：根据容量的不同，超级电容器可分为小3-50F、中90-360F、大容量600-5000F，根据容量的大小可用于日常电器设备、电动汽车、军工、无线电通信、可再生能源发电等众多领域中。目前，超级电容器的市场主要是消费类电子产品，未来的市场则向交通运输和新能源领域扩大。【国外超级电容器研究进展】美国、日本和俄罗斯在超级电容器产业化方面处于领先地位，几乎占据了整个超级电容器市场。进行大力研发超级电容器的公司有：美国的Powerstor、Maxwell、日本的SimensMatsushita、NEC、Panasonic，俄罗斯的Econd、Elit，法国的SAFT、澳大利亚的Cap-xx，韩国的NESE等。【国内超级电容器研究进展】起步于上世纪90年代末，主要有天津力神、上海奥威、北京集星联合电子科技、哈尔滨巨容新能源、锦州富辰超级电容器等。上海奥威生产的61辆纯电容公交车在上海世博会运行172天，运送旅客4000多万人次。中国产业信息网发布的《2014-2019年中国电容器市场分析预测及投资战略咨询报告》显示：近年来，随着下游市场的发展，电容器需求呈现出整体上升态势，2013年全球电容器市场规模达到了180亿美元，其中中国达到了773.5亿元，预计2019年全球将达到222亿美元，其中中国为1,101.6亿元。【存在问题】超级电容器能量密度低，可以与锂电池、燃料电池、蓄电池组合形成混合动力系统，在满足高能量密度的同时满足瞬间高功率密度的要求。不过，提升超级电容器性能的关键在于选用合适的电极材料。由于石墨烯具有极高的比表面积，片层两边均可以富集电荷形成双电层，石墨烯的皱褶和叠加效果可以形成纳米孔道和纳米空穴，利于电解液的扩散，以石墨烯作为电极材料将...