科技(jì)日報(bào)北(běi)京11月(yuè)23日電(diàn) (記者張佳欣)在機(jī)器(qì)學習的指導下(xià)，美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實驗室研究人員(yuán)設計了一(yī)種創紀錄的炭基超級電(diàn)容材料，它儲存的能(néng)量是當前最佳商業(yè)材料的4倍。用這種新材料制造的超級電(diàn)容器(qì)可儲存更多(duō)的能(néng)量，從(cóng)而改善再生(shēng)制動系統、電(diàn)力電(diàn)子設備和輔助電(diàn)源。相(xiàng)關論文發表在新一(yī)期《自(zì)然·通(tōng)訊》雜(zá)志(zhì)上(shàng)。

研究人員(yuán)表示，他們創造了一(yī)種具有增強的物(wù)理化學和電(diàn)化學性質的炭材料，将炭基超級電(diàn)容的儲能(néng)界限推向了新的水(shuǐ)平。這是有記錄以來多(duō)孔炭的最高(gāo)存儲容量，是一(yī)個(gè)“真正的裡(lǐ)程碑”。

商用超級電(diàn)容有兩個(gè)電(diàn)極，即一(yī)個(gè)陽極和一(yī)個(gè)陰極，它們是分開(kāi)的，并浸泡在電(diàn)解液中。在電(diàn)解液和炭之間的界面上(shàng)，雙電(diàn)層可逆地分離電(diàn)荷。制造超級電(diàn)容電(diàn)極的首選材料是多(duō)孔炭。這些孔為(wèi)存儲靜(jìng)電(diàn)電(diàn)荷提供了很大的表面積。

新研究中，研究人員(yuán)利用機(jī)器(qì)學習，建立了一(yī)個(gè)人工(gōng)神經網絡模型，并對其進行訓練，以開(kāi)發一(yī)種用于能(néng)量輸送的“夢想材料”。該模型預測，如果炭與氧和氮摻雜(zá)，炭電(diàn)極的最高(gāo)電(diàn)容将達到(dào)每克570法拉。

于是，研究人員(yuán)設計了一(yī)種非常多(duō)孔的摻雜(zá)炭，它可為(wèi)界面電(diàn)化學反應提供巨大的表面積。随後，他們合成了一(yī)種用于儲存和傳輸電(diàn)荷的新材料——富氧炭框架。

合成材料的電(diàn)容為(wèi)每克611法拉，是典型商業(yè)材料的4倍。這種材料的表面積是有記錄以來最高(gāo)的炭基材料之一(yī)，每克重量的表面積超過4000平方米。團隊表示，這項研究有可能(néng)加速超級電(diàn)容用炭材料的開(kāi)發和優化。

【總編輯圈點】

“海納百川，有容乃大”，怎麽才能(néng)讓電(diàn)容器(qì)這種幾乎存在于所有電(diàn)子設備中的器(qì)件(jiàn)，儲存更多(duō)的電(diàn)能(néng)，科學家可謂煞費(fèi)苦心。這其中，超級電(diàn)容被譽為(wèi)“儲能(néng)界的救星”。即便都是将電(diàn)能(néng)儲存在電(diàn)場中，但它的“超級”之處在于，能(néng)在保持較小(xiǎo)體積的同時儲存相(xiàng)當于普通(tōng)電(diàn)容器(qì)數萬倍的電(diàn)量。本文的研究則向人們證明了機(jī)器(qì)學習在這一(yī)器(qì)件(jiàn)的材料設計中的成功應用，展現了數據驅動方法推動技(jì)術(shù)進步的力量。

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