想象一下，給你的手機(jī)充電只需要幾秒鐘。或者考慮一下，如果給一輛電動(dòng)汽車(chē)加幾分鐘油，交通將會(huì)發(fā)生怎樣的變化。快速充電技術(shù)已經(jīng)在超級(jí)電容器領(lǐng)域存在了幾十年。

超級(jí)電容器的充電速度不僅比電池快，而且壽命更長(zhǎng)，因?yàn)樗鼈冊(cè)诔潆姾头烹娺^(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生損耗電池的物理?yè)p耗。

它們也有一些安全優(yōu)勢(shì)。然而，超級(jí)電容器的超大尺寸它們必須比電池大得多才能容納同樣的能量以及超高的成本阻礙了它們的發(fā)展。

但一些科學(xué)家認(rèn)為，最近的突破使超級(jí)電容器(有時(shí)也被稱(chēng)為超級(jí)電容)的快速、可靠和潛在的更安全的電力存儲(chǔ)技術(shù)，可以更好地與電池競(jìng)爭(zhēng)。

任何在一個(gè)重要電話中電量不足的人，或者試圖讓一個(gè)玩玩具卡車(chē)卻突然熄火的孩子冷靜下來(lái)的人，都知道電池的極限。

電池充電時(shí)間長(zhǎng)，重量也相對(duì)較重，這對(duì)電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)來(lái)說(shuō)是個(gè)大問(wèn)題，而且電池的安全性也常常成為一個(gè)問(wèn)題。

就在去年夏天，一家大型零售商不得不召回?cái)?shù)千塊蘋(píng)果(Apple)生產(chǎn)的筆記本電腦更換電池。出于安全考慮，許多筆記本電腦和手機(jī)制造商都發(fā)現(xiàn)自己的電池被召回，而蘋(píng)果只是其中之一。

去年早些時(shí)候涉及電池的火災(zāi)也幫助波音公司的新夢(mèng)幻客機(jī)暫時(shí)停飛。2010年，聯(lián)合包裹(UPS)的一架飛機(jī)在迪拜墜毀，兩名機(jī)組人員喪生。調(diào)查人員將這兩名機(jī)組人員與電池起火事故聯(lián)系在一起。電池使用中存在的危險(xiǎn)隱患，是促使人們對(duì)超級(jí)電容器重新產(chǎn)生興趣的原因之一。現(xiàn)在超級(jí)電容器將茁壯成長(zhǎng),企業(yè)尋求新的、更健壯的電源,也比今天的電池更安全。

超級(jí)電容器使用一種靜電來(lái)儲(chǔ)存電能，而不是那些使電池難以管理的化學(xué)物質(zhì)。這意味著它們的性能更加可預(yù)測(cè)，它們的材料更加可靠，不易受溫度變化的影響，而且它們可以完全排放，以便更安全的運(yùn)輸。

科學(xué)家們?cè)缇椭滥芰靠梢砸噪姾傻男问絻?chǔ)存，而不是像電池那樣以化學(xué)反應(yīng)物的形式儲(chǔ)存。

本杰明·富蘭克林(BenjaminFranklin)用一排排萊登瓶(Leydenjars)進(jìn)行的著名實(shí)驗(yàn)，實(shí)際上是電容器的早期版本。他把這個(gè)實(shí)驗(yàn)稱(chēng)為電池(battery)。

但最近超級(jí)電容器材料的突破可能使它們?cè)诟鄳?yīng)用領(lǐng)域與電池競(jìng)爭(zhēng)。超級(jí)電容器的進(jìn)步速度比電池快得多。多年來(lái)，超級(jí)電容器一直處于商業(yè)成功的邊緣。例如，1995年的一篇文章的標(biāo)題就暗示超級(jí)電容正在迅猛發(fā)展。但是，與可充電電池相比，它們?nèi)匀皇且粋€(gè)小生意主要是因?yàn)榕c傳統(tǒng)電池相比，它們存儲(chǔ)的能量相對(duì)較少。

在電池中，儲(chǔ)存電荷被稱(chēng)為能量密度，與功率密度或能量傳遞的速度有區(qū)別。超級(jí)電容器的能量密度與鋰離子電池相比相形見(jiàn)絀，而鋰離子電池目前通常用于手機(jī)和筆記本電腦。在一定的重量和尺寸下，鋰離子電池存儲(chǔ)的能量可能是超級(jí)電容器的20倍。另一方面，超級(jí)電容器在功率密度方面更勝一籌。它們擁有巨大的能量它們可以快速充電，并在電流的快速爆發(fā)中釋放能量。

石墨烯讓超級(jí)電容器成為現(xiàn)有電池的替代品

新材料可能有助于超級(jí)電容器在能量密度方面更好地競(jìng)爭(zhēng)。許多科學(xué)家都在關(guān)注石墨烯，這是一種只有一個(gè)原子厚度的碳，自從大約十年前被提煉出來(lái)以來(lái)，它已經(jīng)引起了人們的極大興趣。

石墨烯具有一種特性，使其特別有希望用于超級(jí)電容器：超大比表面積。這種高度多孔的石墨烯可以多層堆疊，而每層的兩側(cè)都可以接近。在實(shí)驗(yàn)中，這使得石墨烯超級(jí)電容器的能量密度增加了一倍或兩倍。一層碳原子并不能儲(chǔ)存多少能量。但是可以堆疊數(shù)百甚至數(shù)千層的時(shí)候，能量就會(huì)非常的巨大。

但是到目前為止，它們還不能替代電池。即便如此，超級(jí)電容器也可能與電池協(xié)同工作。如果超級(jí)電容器最終能夠儲(chǔ)存足夠的能量，與電池競(jìng)爭(zhēng)，超級(jí)電容器就具有關(guān)鍵的優(yōu)勢(shì)，包括它們可以提供高功率，并可用于數(shù)百萬(wàn)次循環(huán)。而且，不像電池，它們不會(huì)充電過(guò)度，也不會(huì)過(guò)熱。

隨著便攜式能源需求的增長(zhǎng)，超級(jí)電容器的安全優(yōu)勢(shì)將會(huì)增強(qiáng)。電容器本身也表達(dá)了對(duì)安全的擔(dān)憂，因?yàn)槿魏蝺?chǔ)存能量的技術(shù)都有潛在的危險(xiǎn)。但他說(shuō)，制造商正在逐步淘汰超級(jí)電容器中使用的有毒和易燃化學(xué)品，甚至這些超級(jí)電容器的安全記錄也優(yōu)于鋰離子電池。

與此同時(shí)，隨著電池體積的增大，電池的安全性將成為一個(gè)更大的問(wèn)題，比如目前用于電動(dòng)汽車(chē)的電池。電池越大，就越有可能出問(wèn)題。為手機(jī)等設(shè)備制造安全的電池比為汽車(chē)制造安全的電池更容易。