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微小的摺皺狀石墨烯片具有更大的表面積，製成的電極，能夠儲存更多的電量，這可以作為一種電池替代品

超電容器、能量儲存裝置可以在幾分鐘內儲存、釋放電量，能夠快速充電，並且廉價、安全，可成為電池的替代品，用於電動汽車。但是，商用超電容器只佔了鋰離子電池能源的​​5%。由於只提供短時間的功率突增，所以就限制了它們的應用，比如在混合動力公共汽車加速方面的應用。


美國俄亥俄州代頓（Dayton）的納米技術設備公司(Nanotek Instruments)的研究者目前已經作成了石墨烯電極，這種電極製成的超電容器，能量密度比商用設備高五倍。由於使用石墨烯——原子層厚度的碳片——Nanotek公司增加了超電容器中電極的表面積，提高了可儲存的電荷量。“我們正嘗試縮小超電容器和鋰離子電池之間的性能差距，” Nanotek公司的鮑爾·江（Bor Jang ）說。鮑爾?江是的第一文章作者，文章發表在《納米通信》（Nano Letters ）期刊的網絡版。


這家公司測試的鈕扣型超電容器電池表明，石墨烯電極每千克能夠儲存85.6瓦時的電量。由於一個電極的重量通常只佔全尺寸超電容器的三分之一，所以，一台試驗設備的能量密度大約每千克28瓦時，鮑爾·江說。相比之下，今天的超電容器具有每千克5到10瓦時的能量密度，然而，鎳金屬氫化物電池和鋰離子電池分別有每千克40到100瓦時和超過120瓦時的能量密度。


然而，電池通常在它們滿電量充電循環的中間範圍使用，一般只用全部充電容量的20-50%，焦耳·辛達爾（Joel Schindall）說，他是麻省理工學院電子工程及計算機科學教授。這意味著，超電容器大約只有可充電電池的20%的能量密度，但是因為充電快速且無使用壽命的限制，所以應該具有競爭力，可用於一些電動車輛。此外，電池充電的化學反應需幾小時，且在幾千週期之後會使電極退化，但是超電容器充電只需幾分鐘，而且能持續幾百萬次充電循環，這是由於超電容器儲存靜電電量——電容器的電解液中的離子黏附到電極表面。
商業用的超電容器使用活性炭做的電極，活性炭是一多孔材料，能夠把離子儲存在其孔中。石墨烯之所以能夠儲存更多電量，也是因為離子能夠在碳層上形成以一離子層，電荷也更容易附著和脫離石墨烯表面。然而，當前製備石墨烯的方法只能製備平整的石墨薄片，這些薄片互相重疊，因此石墨烯表面被覆蓋。納米技術公司研究組已發現一種方法，該方法製備的石墨片表面不互相重疊，但類似於摺皺的紙張，會暴露出更多的表面積。


鮑爾·江說，鈕扣狀的測試電池再充電500次後，只損失了不到10%的電荷儲存能力。改善電極材料應該能夠增加使用壽命，他補充說。


第里普·阿格尼好特里（Dileep Agnihotri）是石墨烯能源公司（Graphene Energy）的CEO，這是一家石墨烯超電容新創公司，位於得克薩斯州奧斯丁（Austin），他說他的公司已實現類似的能量密度，但具有更長的循環壽命。它的電池在1萬次循環後只損失其3%的電荷儲量。“我們在鉛酸電池的範圍內，每秒鐘一次充放電。


同時，快帽系統公司（FastCAP Systems）是一家獨立的新公司，它所依賴技術是在辛達爾實驗室開發的，這家公司正在製造的超電容器電極，具有垂直生長排列的碳納米管。辛達爾說，公司已經實現的能量密度是每千克20-25瓦時。目標是每千克25-30瓦時的能量密度，並且至少兩年，快帽系統公司才能提供上市產品。


辛達爾說，新的石墨烯能量密度令人矚目。為了與電池競爭，用於超電容器的所有碳納米材料製備技術都面臨著挑戰​​，不僅需要提高能量密度，也需要使製備的電極性能始終良好，可以大規模使用。