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碳基超级电容器电极构筑研究新进展

时间:2017-11-06 08:48来源: 作者: 点击:

 

 

高效的能量存储与转化技术是解决可再生能源间歇性和不稳定性的重要途径。超级电容器作为一种新型的高功率和长循环寿命的储能装置,是高效储能技术领域最具活力与创新性的热点领域之一。其中,利用不对称超级电容器代替传统对称型超级电容器以提供更宽的电压窗口,是获得更高能量密度的最有效手段之一。然而,高性能电极材料的设计合成一直是发展高性能不对称超级电容器的瓶颈性难题。

针对这一科学难题,大连理工大学邱介山教授领导的辽宁省能源材料化工创新团队在前期研究工作的基础上(富含高活性边缘结构的镍钴硫化物耦合石墨烯的新方法,Energy. Environ. Sci., 2016, 9, 1299-1307; 二维超薄NiCo氧化物纳米片垂直嫁接石墨烯的复合结构电极材料,Chem. Mater., 2016, 28, 5855-5863),基于氮掺杂炭层的超亲水界面调控作用,研究建立了一种可控构筑超亲水碳基底的普适性新策略,提出了超亲水界面调控活性物种稳定分散的新思路。例如,在超亲水碳基底上通过水热法生长NiCo-LDH,超亲水界面不仅有效调控了NiCo-LDH的垂直均匀生长,同时由于其与NiCo-LDH之间的强相互作用进一步提高了复合材料的结构稳定性。制备的CC-NC-LDH复合电极材料表现出优异的电化学性能,在100 A g-1的电流密度下质量比容量仍有1092 F g-1(比电容保持率可达60%)。以这类复合电极材料与商业化活性炭构筑的水系不对称超级电容器,在21.6 kW kg-1的高功率密度下,能量密度仍然高达41.5 Wh kg-1,并且在10 A g-1的大电流密度下稳定循环20000次后容量损失率仅为0.00065%/次,显示出巨大的应用潜力。更为重要的是,这种超亲水界面调控策略可以拓展到惰性碳基底(如石墨纸等)和其它电化学活性物种,是一种制备高性能整体性碳基复合材料的普适性新方法。

 

 

这一成果为拓展和深化新型电容器电极材料的设计与构筑,开辟了新的技术途经,亦为推进高性能储能器件之实用化提供新的驱动力。相关论文发表在Energy & Environmental Science上,并被选作inside Front Cover 2017 Energy and Environmental Science HOT articles,文章的第一作者是大连理工大学博士研究生李少锋,通讯作者为大连理工大学邱介山、于畅教授。

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