『超级电容器—电池』新型复合材料可提升电动汽车百分之二十五续航里程，有望应用在航天及可穿戴设备领域

目前，电动汽车的高速发展面临着充电容量有限、充电里程低和充电时间长等诸多现实的挑战。随着汽车材料的不断迭代与技术的进步，人们试图通过将汽车材料变得越来越耐用、更轻薄等方式来解决该问题。

近日，美国中佛罗里达大学与美国国家航空航天局肯尼迪航天中心研究团队合作，研发了一种超级电容器与电池的复合材料。这种新型复合材料集成超级电容器与电池的优势，其刚度性质与钢类似，并且质量比铝更轻，这有利于电动汽车动力容量的提升。

美国中佛罗里达大学研究团队展示了他们开发的轻质超级电容器电池混合复合材料，从左至右依次为：科西克·桑巴斯·库马尔、贾扬·托马斯和迪帕克·潘迪

2022年1月25日，相关论文以《用于电动汽车的储能复合材料：用于车身面板的双功能储能超级电容器基碳纤维复合材料》为题，以封面论文的形式发表在Small。

“这种复合材料的优点是可以减轻电动汽车的重量，并增加每次充电的里程数。我们的想法是，使用汽车外壳来储存能量，以补充储存在电池中的能量。”该论文通讯作者、美国中佛罗里达大学纳米科学技术中心和材料科学与工程系教授贾扬·托马斯说。

具体来看，这种新型复合材料质量轻的优势源于层状碳复合材料，以及其纳米级的特别设计。研究人员将石墨烯片（垂直排列）在碳纤维电极附着，通过这样的结构提升石墨烯的能量存储能力，堆叠与包含金属氧化物的电极相连，以增加设备的电压和能量密度。

也正是因为这种独特的设计，使该复合材料在承受冲击和弯曲强度方面有明显的优势，这种性能的优异性在汽车发生碰撞的情况尤为明显。

此外，该材料有助于电动汽车续航里程的提升。通常，电动汽车的续航里程约为321公里，而使用这种新型复合材料后，其续航里程或可提升到402公里，这相当于将电动汽车的续航里程提升了25%。

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并且，超级电容器的另一个优势作用也不容忽视，那就是它可使电动汽车的动力“更近一层”。具体来说，这种新型复合材料通过充电或者汽车刹车补充电力，因此，它可为电动汽车提供3秒内从0加速到97公里/小时所需的“额外推动力”。

与过去的动力电池相比，这种新型复合材料不仅无毒还不易燃，因此具备环保和安全的优势。并且，它的充放电循环寿命是传统电动汽车动力电池的10倍。“与过去存在有毒物质、易燃有机电解质、低生命周期或性能差等问题的方法相比，这是巨大的进步。”托马斯说。

电池的重量是电动汽车不容忽视的问题，通常它在电动汽车总重量中占30%～40%。该论文共同第一作者、美国中佛罗里达大学材料科学与工程系博士生科西克·桑巴斯·库马尔对媒体表示，“使用这种新型复合材料，我们可以在不增加电池重量的情况下增加行驶里程，进一步减轻车辆重量，同时保持高拉伸、弯曲和冲击强度。每当你减轻重量时，你就可以增加续航里程，因此这在电动汽车和航空领域有着巨大的应用。”

电极制备和通电复合材料制造和应用示意图

a、交叉编织碳纤维垫上活性材料沉积的奇数和偶数位置图案；b、阳极的堆叠模式，以及阴极碳纤维垫制造大面积通电复合材料

这种新型复合材料的应用领域并不局限于电动汽车，该团队希望将该技术运用到航天器、无人机、便携式及可穿戴设备（如智能眼镜/VR头显），甚至在太空环境中的卫星等。

该团队认为，在制造卫星时如果使用这种新型复合材料，可以将卫星的整体质量变轻。这种优势还能直接体现在降低发射成本上（每次数千美元），并且，在短时间内即可充电的特性，也有利于卫星围绕地球的运行。

下一步，该团队将聚焦于技术的研发及进一步测试，以推动在该技术的产业化应用落地。据悉，真正进入商业应用需通过9级测试，而目前该技术已通过了5级测试，如果未来在太空中进行实际测试，则需要6级测试。