目前锂离子电池技术的主要缺点是安全性、可持续性和可回收性，以及原材料(例如钴)的供应有限。在寻找用于电子移动和存储可再生能源的替代电化学能源存储系统的过程中，电池和电容器的组合是非常有前途的:“混合超级电容器”。它的充电和放电速度与电容器一样快，储存的能量几乎和传统电池一样多。与后者相比，它的充放电速度更快，频率也更高:锂离子电池的使用寿命只有几千次，而超级电容器的充电周期约为100万次。

 

系统由碳和盐水

 

一种特别可持续的，但迄今为止还未开发的混合超级电容器的变体，杏耀注册 ，由碳和水碘化钠(NaI)电解质组成，具有一个正电池电极和一个负超级电容器电极。格拉茨大学的研究人员的技术现在已经详细调查这个超级电容器的电化学储能如何工作和发生在碳电极的纳米级孔隙,和最近发表了他们的有前景的结果在科学杂志《自然通讯》上。“我们正在详细研究的系统包括纳米孔碳电极和含水碘化钠电解质，也就是盐水。这使得这个系统对环境特别友好，成本效益高，不燃且易于回收，”克里斯蒂安·普雷哈尔解释道。他是该研究的第一作者，杏耀代理最近刚从格拉茨理工大学材料化学与技术研究所转到苏黎世联邦理工学院。

 

意想不到的高储能能力

 

在小角度x射线散射和拉曼光谱的帮助下，研究人员首次证明了固体碘纳米颗粒在充电时形成于电池电极的碳纳米孔中，在放电时再次溶解。这纠正了之前对反应机理的怀疑，并产生了深远的影响，正如克里斯蒂安·普雷哈尔解释的那样:“纳米孔中固体碘的填充程度决定了电极中可以存储多少能量。”这使得碘碳电极的能量存储能力达到意想不到的高值，因为它将所有的化学能储存在固体碘粒子中。”这一新的基础知识为混合超级电容器或电池电极的发展开辟了道路，它们具有无可比拟的更高的能量密度和极快的充放电过程。Qamar Abbas是材料化学与技术研究所Lise Meitner FWF奖学金获得者，也是该研究的另一位主要作者，他对这种混合电容器的研究和进一步开发已经非常成功。

 

经过有针对性的改进，混合超级电容器现在可以作为一种安全、不易燃、低成本和可持续的固定电能存储替代材料使用。这可能是一种很有吸引力的选择，特别是对于例如在私人家庭中储存来自光伏电池的能量。

 

电化学储能系统的新研究方法

 

研究人员在使用的调查方法方面取得了另一个突破。在拉曼光谱中，光与物质的相互作用被用来洞察材料的结构或性质。小角度x射线散射(SAXS)使电化学反应中的结构变化可见。这两种方法都发生在操作中，即在一个特别开发的电化学电池的充电和放电期间。operando Raman光谱学和operando SAXS首次在混合的超级电容器上与含水的NaI电解液进行，在电子显微镜和纳米分析研究所(FELMI)和格拉茨理工大学的软物质应用实验室。为了operando SAXS的调查，我们已经为电池和电化学能量存储设备开发了一个特殊的测量单元，杏耀连接”Prehal解释说。这项工作的结果表明，operando SAXS非常适合在纳米尺度上跟踪超级电容器或电池的结构变化，并在充放电过程中直接“活”。因此，这种新的研究方法在电化学储能领域具有广阔的应用前景。