超级电容器可以充电和放电数万次，但与传统电池相比，它们相对较低的能量密度限制了它们的能量存储应用。现在，新加坡科学，技术和研究机构(A * STAR)的研究人员开发出一种基于金属氮化物和石墨烯的“非对称”超级电容器，它可以成为一种可行的储能解决方案。
超级电容器的可行性在很大程度上取决于其阳极和阴极所包含的材料。这些电极必须具有每单位重量的高表面积，高导电率和电容，并且物理上坚固，因此它们在液体或恶劣环境中操作期间不会降解。
与两种电极使用相同材料的传统超级电容器不同，非对称超级电容器中的阳极和阴极由不同材料制成。科学家最初使用金属氧化物作为不对称超级电容器电极，但由于金属氧化物不具有特别高的电导率并且在长时间操作循环中变得不稳定，因此很明显需要更好的替代品。
金属氮化物如氮化钛具有高导电性和电容性，是一种很有前途的替代品，但它们往往在水环境中氧化，这限制了它们作为电极的寿命。解决方案是将它们与更稳定的材料结合起来。
来自A * STAR新加坡制造技术研究所的Hui Huang和来自南洋理工大学和中国暨南大学的同事们制造了不对称超级电容器，其中包含金属氮化物电极和堆叠的石墨烯片。
为了从石墨烯表面获得最大利益，该团队采用精确的方法制造薄膜，这一过程称为原子层沉积，在垂直排列的石墨烯纳米片上生长两种不同的材料：用于超级电容器阴极的氮化钛和氮化铁用于阳极。然后将阴极和阳极分别加热到800和600摄氏度，并使其缓慢冷却。然后通过固态电解质在不对称超级电容器中分离两个电极，这防止了金属氮化物的氧化。
研究人员对他们的超级电容器设备进行了测试，结果表明它们可以循环20,000次，同时具有高电容和高功率密度。“这些改进是由于垂直排列的石墨烯基板的超高表面积和原子层沉积方法能够充分利用它，”Huang说。“在未来的研究中，我们希望扩大设备的工作电压，以进一步提高能量密度，”Huang说。
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