中国突破提升了水基超级电容器的电压和稳定性

超级电容器储存能量的方式与普通电池不同。它们不使用化学反应，而是依靠离子的分离。这使它们的充放电速度更快。超级电容器已被用于再生制动和电网稳定等技术中。但到目前为止，它们还面临着严重的局限性。

大多数超级电容器都依赖于水基电解质。这些电解质比有机替代品更安全、更便宜，但它们在低电压（通常低于 1 伏）下就会分解。它们在极端温度下也很难发挥作用，在 0°C 以下会结冰，在 100°C 时会沸腾。这些缺点限制了它们在电动汽车和其他苛刻环境中的应用。

中国研究团队利用一种新型电解质混合物解决了这一问题。他们的配方将水、一种名为 EMIMNTf₂ 的离子液体和三氟甲磺酸钾 (KOTf) 结合在一起。通常情况下，水和离子液体不会混合，但钾盐有助于重组水的氢键，让液体结合在一起。

这种变化防止了水的分解，使超级电容器能够以 3.37 伏的电压运行，几乎是通常电压的三倍。此外，它还能在 0 至 100°C 的温度范围内保持稳定，这使它在实际环境中的作用大大提高。

该原型还证明了其耐用性：在 60°C 下经过 10,000 次充放电循环后，其容量仍保持在 81.8% 的水平。相比之下，商用超级电容器仅在 5000 次循环后就会损失高达 30% 的容量。

能量密度是另一个亮点。虽然仍未达到锂离子电池的水平，但新设备已经接近；它还保留了快速充放电的优点，而这正是超级电容器的独特之处。

然而，挑战依然存在。新型电解质仍处于实验室阶段。要扩大工业生产规模，需要采用新的方法，现有的电动汽车系统也需要重新设计，以应对更高的电压。

专家们表示，这一突破很有希望，但也指出，在与现有电池技术竞争之前，需要进行具有成本效益的制造。如果能克服这些障碍，新系统就能减少对锂的依赖，提供一种更可持续、充电更快的选择。

这项研究是中国广泛推进储能创新的一部分。自 2015 年以来，中国已申请了超过 75% 项与超级电容器相关的全球专利。这一最新进展支持了全球利用更清洁、更高效的技术改善电网储能和实现交通电气化的努力。

虽然它不会很快取代锂离子电池，但这种混合动力系统可以为融合两种电池优势的新组合铺平道路。