“該制備工藝具有過程簡單、合成時間短、反應溫度低，樣品結晶性好，無需表面活性劑，可大規模生產等優點。”馬衍偉說，“這就為納米儲能材料的制備提供了一條簡單、有效而且可調的新方法。同時也表明，我們在超級電容器儲能材料合成研究方面取得了重要進展。”
嶄露頭角的新型儲能器件
超級電容器（supercapacitor）又稱超大容量電容器、金電容、黃金電容、儲能電容，是介于電容器和電池之間的儲能器件。它既具有電容器可以快速充放電的特點，又具有電化學電池的儲能機理。
馬衍偉說：“之所以在名字里加上super（超級），就是因為這種電容器能量密度和功率密度都非常高。同傳統的電容器和二次電池相比，超級電容器儲存電荷的能力強，并具有充放電速度快、效率高、對環境無污染、循環壽命長、使用溫度范圍寬、安全性高等特點。”
這些特點讓超級電容器與氫動力汽車、混合動力汽車和電動汽車的發展密切相關，與燃料電池、鋰離子電池等能量供給器件相結合，能夠滿足車輛啟動、爬坡等條件下的瞬時高功率需求，又可延長電池的循環使用壽命，實現電動車動力系統性能的最優化。
隨著社會經濟的快速發展，資源和能源日漸短缺，生態環境日益惡化，人類將更加依賴于太陽能、風能或者燃料電池等清潔和可再生的新能源。但是，這些能量來源本身的特性決定了這些發電的方式和電能輸出往往具有不穩定性，而超級電容器不僅能起到功率調節作用，而且還可作為太陽能電池和風力發電的儲能系統，白天儲存太陽能電池和風力發電產生的電能，夜間提供照明等所需的能量。
此外，超級電容器在高功率脈沖電源、計算機后備電源和軍事、航天等諸多領域也具有廣泛的應用前景。
作為本世紀重點發展的新型儲能產品之一，超級電容器正在為越來越多的國家和企業爭相研制和生產。
而美國、日本等國家憑借多年的研究開發和技術積累，在超級電容器的研究和產業化方面，特別是高比功率和高比能量的超級電容器方面處于領先地位。
期待具有自主知識產權的產品
雖然超級電容器的原理并不新穎，我國的一些科研機構和公司也開始積極涉足這一產業，并已經具備了一定的技術實力和產業化能力。但是，我國在超級電容器的核心部分——高性能電極材料的生產上一直存在瓶頸。
馬衍偉指出，電極材料是超級電容器的重要組成部分，是影響超級電容器性能和生產成本的關鍵因素，因此研究開發高性能、低成本的電極材料是超級電容器研究開發工作的重要內容。
馬衍偉告訴記者，為了解決上述問題，超級電容器已經被列入《國家中長期科學和技術發展規劃綱要》（2005-2020年），成為國家長期發展的能源領域中重要的前沿技術之一。
中科院電工研究所在超級電容器應用開發特別是系統集成方面也具有很好的研究基礎，做了許多開創性工作。早在2002年，該所研究員齊智平課題組就承擔了科技部“863”能源領域前沿研究項目“超級電容器電力儲能系統關鍵技術研究”，并且與企業有密切的合作。
而馬衍偉課題組的工作是希望能夠獲得超級電容器的核心部分——高質量電極材料。
碳材料是當前研究和應用最為廣泛的超級電容器電極材料，它主要包括活性炭、活性炭纖維、碳納米管和石墨烯等。其中，活性炭材料由于具有穩定的使用壽命、低廉的價格及大規模的工業化生產基礎，在目前的超級電容器商品中被廣泛采用。
但是，活性炭材料比較容易被氧化，導致碳基超級電容器內阻較大，高頻特性差，而且活性炭材料的導電性較差。諸多缺陷讓它很難滿足電動汽車等對超級電容器高能量、高功率密度的迫切需求。這就需要科研人員找到更合適的新材料。
馬衍偉課題組把目光投向了金屬氧化物。
他們首先研究的是氧化釕。氧化釕作為一種貴金屬氧化物具有比容量高、導電性好（比碳材料大兩個數量級）以及在電解液中非常穩定等優點，是目前性能最為優良的超級電容器電極材料，美國已將其應用于航空航天、軍事等重要領域。
但是釕資源有限，價格十分昂貴，無法普及應用。
為了進一步提高性能，降低成本，必須尋找到其他價格較為低廉的金屬氧化物電極材料。
馬衍偉課題組在前人研究的基礎上選擇二氧化錳作為研究的重點。
“二氧化錳類材料，具有價格低廉、對環境友好以及電化學工作窗口寬的顯著優點，更重要的是，二氧化錳基超級電容器可采用中性電解質溶液（如Na2SO4、KCl的水溶液等），而不像其他金屬氧化物或碳基超級電容器必須采用強酸強堿電解質，這使二氧化錳基超級電容器的組裝及使用更安全、更方便。”馬衍偉說。
馬衍偉課題組很快突破了常規制備二氧化錳空心球微米材料的技術，在無需催化劑有效降低成本的基礎上通過加入高價離子（Fe3+、Al3+），實現了制備產物的形貌可控。這為超級電容器新型納米儲能材料的制備提供了一條簡單、有效而且可調的新方法，課題組同時也申請了國家專利。
“但二氧化錳屬于半導體材料，導電性差，與貴金屬氧化物相比，二氧化錳材料的比電容要偏低。此外，錳的可變化合價多，錳的氧化物結構不穩定，在充放電循環過程中更為突出。因此，如果能有效地克服二氧化錳電極材料存在的問題，其發展前景將是非常光明的。”馬衍偉說，“當然，這也是我們下一步研究中需要完善的地方。”
