英国和比利时的科学家们创造出一种新型 复合材料，可以同时承受机械载荷和存储电能。这种结构超级电容器基于活性炭纤维制成，已被制成全尺寸汽车后备箱盖，可以为 LED 灯供电。
这种复合材料可以被视为组装两个独立组件的替代方案，因此可以通过创建也能存储电力的车身来使电动汽车受益，从而节省空间和重量。德克萨斯大学奥斯汀分校的储能专家 Guihua Yu 说：“多功能结构能源材料在实现更节能和环保的技术方面具有巨大的前景，因为它们将在我们未来存储和输送能源的方式方面产生重大影响。”
伦敦帝国学院的 Milo Shaffer 认识到碳基材料是许多结构复合材料和电化学设备的基础，着手开发一种材料，该材料结合了结构碳纤维的强度和刚度以及活性炭的离子电导率。该研究的关键部分是增加结构碳纤维的有效表面积，以用作超级电容器电极。在纤维周围形成高度多孔的碳气凝胶，使其表面积和比电容提高了三个数量级，并且还为机械性能提供了额外的益处。
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Shaffer 承认，该研究的主要挑战来自于多功能电解质的形式，该电解质必须将机械性能与离子电导率结合起来——这两个本质上是相反的概念。通过生产包含环氧树脂（用于其机械性能）和离子液体（用于离子传导）的双连续结构，实现了性能平衡。
复合材料的层压性质促进了许多储能设备，例如锂离子电池等，因此“为什么是超级电容器？”Shaffer 解释说：“在电池中，存在许多体积膨胀问题，因此很难使这些设备具有结构性，这就是为什么我们发现超级电容器很有趣的原因；你可以拥有有用的能量功能，但不一定有任何体积变化。”
必须提到的是该材料的功率密度，它低于当前最先进的超级电容器。然而，Shaffer 意识到该材料目前的缺点，并且这种系统的开发可以被视为一项不小的壮举。普渡大学的超级电容器专家 Chuizhou Meng 解释说：“这是朝着正确方向迈出的关键一步；已经尝试了各种可能的方法来开发优化的、可加工的设备系统。未来的许多研究将遵循这项工作的研究策略，即精心寻找机械性能和电化学性能之间的平衡。”
本文经 Chemistry World 许可转载。 该文章于 2014 年 6 月 27 日首次发表。