加拿大科学家在一项开创性研究中创造了一种用花生壳制成的混合钠离子电容器 (NIC)，该研究弥合了传统离子电池和超级电容器之间的差距。
混合离子电容器能够以静电和电化学方式存储电荷，在能量和功率方面，在传统电池和超级电容器之间提供了一个中间地带。来自阿尔伯塔大学的David Mitlin解释说：“在传统电池中，正极通常会限制性能，因此人们开始做的是用超级电容器正极替换普通正极。” 这些正极可以显着提高此类设备的循环寿命。Mitlin补充说：“在NIC中，离子被吸附到正极表面，这避免了电池中由于离子吸收到本体中而产生的退化。” 因此，高表面积正极材料对于实现可与其他最先进的储能设备相媲美的能量-功率性能至关重要。
那么，为什么要使用花生壳作为前体呢？Mitlin说，花生壳易于获取、价格低廉且商业用途有限，通常最终被丢弃在垃圾填埋场。然而，花生壳并非随意选择——该团队认识到内外花生壳的重要结构特征，分别赋予了所需的负极和正极材料。花生壳的均匀内部部分主要由高度交联的聚合物木质素组成，非常适合用于制造互插层石墨烯层，完美地嵌入大型钠离子作为高效负极。正极是一种高表面积的类石墨烯材料，由富含纤维素的异质外花生壳制成。
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当使用整个花生壳合成两种电极材料时，糟糕的设备性能突显了这种谨慎的前体选择过程的重要性。然而，优化的系统在 51.2A/g 的电流密度下经过 100,000 次循环后，容量保持率达到 88%，这种性能与锂离子电容器具有竞争力。
这肯定不是一件容易的任务，因为相对于锂，钠已被证明非常难以融入此类储能设备，因为钠的离子半径较大。然而，钠更便宜且更容易获得。Mitlin承认，这一路上存在困难：“实际上很少有人做过，但这也是一个挑战，因为可以参考的文献有限。”
材料专家对这项工作表示赞赏。来自中国复旦大学的吴玉平对电极出色的循环稳定性印象深刻：“这些数据表明，这种NIC可以成为应用的有希望的选择。” 美国橡树岭国家实验室的梁成都赞赏该项目，但也认识到需要进行更多研究：“这项研究例证了使用生物材料作为储能设备原料的多功能性。然而，各个方面仍在审查中，因此从实验室发现到现实世界的应用，还有很长的路要走。”
本文经《化学世界》许可转载。该文章于2014年12月15日首次发表。