石墨烯黑科技：超級電容器實現“電池級”儲能，充電速度驚人

在全球致力于開發兼具高速充放電和強大儲能能力的新一代能源系統的背景下，工程師們取得了一個重大里程碑。這一突破將為電動汽車、電網穩定以及消費電子產品帶來新的可能性。

在最近發表于《自然通訊》（Nature Communications）上的一篇論文中，來自莫納什大學（Monash University）的研究團隊介紹了一種新型碳基材料，它使得超級電容器能夠儲存與傳統鉛酸電池等同的能量，同時提供比傳統電池系統快得多的放電速度。

超級電容器的潛力被完全釋放

超級電容器是一種新興的儲能形式，它通過靜電而非化學反應來儲存電荷，因此具有充電速度快、循環壽命長的優點。然而，長期以來，超級電容器的效率一直受限于其碳材料的表面積——這是儲能的關鍵因素——只有一小部分表面積能夠被有效利用。

莫納什大學機械與航空航天工程系教授 Mainak Majumder 指出，他們的團隊通過“簡單地改變材料的熱處理方式”，成功解鎖了大部分的表面積。

這項發現意味著，科學家們現在可以制造出既能儲存足夠能量來替代許多應用中的電池，又能以極快速度輸送功率的超級電容器。

關鍵創新：多尺度還原氧化石墨烯（M-rGO）

這項突破的關鍵在于團隊開發出的一種新型材料結構，稱為多尺度還原氧化石墨烯（M-rGO）。這種材料由澳大利亞豐富的天然石墨合成而來。

通過一個快速熱退火過程，研究人員創造出一種高度彎曲的石墨烯結構，其中包含精確的通道，允許離子快速、高效地移動。其結果是制造出了一種同時具備高能量密度和高功率密度的材料——這兩種特性此前很難在單一設備中實現。

創紀錄的性能與商業化潛力

這項研究的關鍵性能指標達到了碳基超級電容器的頂尖水平：

• 體積能量密度： 達到 99.5 Wh/L（與傳統鉛酸電池相當）。
• 功率密度： 高達 69.2 kW/L（遠超傳統電池）。
• 充電性能： 具有極快的充電速度和出色的循環穩定性。

更重要的是，研究人員強調，這種制造工藝具有可擴展性，并且與澳大利亞的原材料兼容。

這項技術目前正通過莫納什大學的衍生公司 Ionic Industries 進行商業化。該公司已經開始商業化生產這種石墨烯材料，并正與儲能領域的合作伙伴協作，將這項突破推向市場應用，尤其是在那些對高能量儲存和快速功率輸送都至關重要的領域。這項創新是莫納什大學致力于開發先進材料、邁向低碳能源未來的重要組成部分。

參考資料:DOI: 10.1038/s41467-025-63485-0