以碳纳米管为电极的终极电容器为目标

另一方面，也有一些尝试的例子，看看仅使用电容器的原始储能原理而不使用电化学反应可以实现多少性能。

电极界面处存储的电量原则上与电极材料的表面积成正比。因此，原则上，如果采用碳原子连接成单原子层的石墨烯作为电极，单位重量的表面积将最大化，理论表面积为2,630 m2/g。类似地，在由包裹成圆柱体的石墨烯制成的单壁碳纳米管（CNT）中，管的外壁和内壁应具有相同的表面积。

日本产业技术综合研究所开发了一种CNT电容器，其中通过控制单层CNT的排列并将其排列成有利于电子和离子移动的状态来形成电极。与使用活性炭作为电极的 EDLC 相比，我们创建了一个原型，其能量密度和功率密度是其两到三倍（图 6）。

[图6]以单壁碳纳米管作为电极的终极电容器为目标
由单壁碳纳米管制成的电容器电极（左），原型电容器（右）
来源：新能源与产业技术发展机构“碳纳米管电容器开发项目”事后评估报告

多年来追求的理想二次电池现已商业化

二次电池也取得了巨大进步。 “全固态电池”被认为是最终的下一代储能设备，其商业化正在迅速临近（图 7）。它可能不仅用于效果最大的电动汽车，还可能用于智能手机和物联网设备。

[图7]全固态锂离子二次电池进入实用化
全固态锂离子二次电池（左）、全固态锂离子二次电池内部结构及工作原理（右）
来源：日立造船新闻稿

到目前为止，我们已经解释了二次电池利用电解质和电极之间发生的氧化还原反应来储存电力。然而，也存在使用不同储能原理的二次电池。那就是锂离子二次电池。充电时，正极中含有的锂离子移动到负极，放电时，它们从负极移动到正极并沉积在电极内。换句话说，锂离子在负极和正极之间交换以进行储存和放电。然而，电解质和电极之间的氧化还原反应对于储存电力来说并不是必需的。原则上可以说电解质不是必需的。他们只是使用电解质来最大限度地减少移动锂离子时的阻力。

所有固态电池都消除了这种电解质，并用分隔负极和正极的隔膜（固体电解质材料）代替。通过消除电解质，预计功率密度将得到提高，能量密度也将得到提高。它还提高了安全性。这都是关于美好的事情。

实现全固态电池的关键是开发允许锂离子低电阻移动的隔膜材料。已经提出了三种候选材料：硫化物材料、氧化物材料和树脂。就离子电导率而言，硫化物基材料最有可能具有与液体电解质相当或更好的性能。然而，氧化物基材料似乎在安全性方面更优越，而树脂似乎在生产率方面更优越。

据说，通过简单地消除现有锂离子电池中的电解质并用硫化物基材料隔膜代替，就可以在几分钟内将电池充电至其容量的80％以上。在全固态电池中，电解液不会对电极造成进一步的损坏。这使得用高性能材料取代以前因容易损坏而无法使用的阴极、电解质和阳极材料成为可能。因此，通过优化正极和负极材料，有望进一步提高能量密度。通过使用最理想的材料空气作为正极，金属锂作为负极，理论上可以将能量密度提高到现有锂离子电池的10倍以上。

随着电力存储设备的快速发展，电气和电子设备更有可能在比预期更广泛的范围内实现完全无绳化。正如主要使用有线固定电话的人数正在减少一样，我们正在稳步接近一个所有电气和电子设备都将完全无绳的世界。