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高性能碳基超级电容器电极材料研究取得新进展

时间:2015年03月31日 00:00来源: 作者: 点击:

 

高性能碳基超级电容器电极材料研究取得新进展
Advanced Energy Materials 2015, DOI: 10.1002/aenm.201401761)
        近年来,纯电动车和混合电动车等高性能新能源交通运输工具的发展态势强劲,其中,新型高效的储能设备的设计和开发是一个关键因素。超级电容器具有功率密度高、循环使用寿命长和安全性能优异等突出的优势,在电化学储能领域的应用前景巨大。多孔炭材料具有丰富可调的孔道结构和大比表面积等特点,是目前最为广泛使用的一类超级电容器电极材料。然而,如何基于多孔炭材料实现兼具高功率密度和高能量密度的超级电容器之设计和构筑,依然是一个富有挑战性的关键核心问题。
        精细化工国家重点实验室邱介山教授领导的“能源材料化工”学术团队在前期工作基础上(基于磷修饰碳纳米管构筑碳复合电极材料,ACS Appl Mater Interfaces, 2013, 5, 2104–2110; 基于氮掺杂石墨烯耦合构筑碳复合电极材料,Carbon, 2014, 70, 130-141等),进一步发展了调控碳基材料之表/界面的新技术。基于限域空间的策略,以层状硅铝酸盐蒙脱土为模板,提出并建立了插层-限域碳化-活化的新技术路线,实现了二维多孔片状炭材料的可控合成,并用于高性能超级电容器的设计构筑。二维多孔片状炭纳米材料作为超级电容器电极材料,具有突出的特点和优势:在充放电过程中电解液可以在多孔炭的内部孔道快速传输,在高充放电速率下赋予电容器高倍率性能。他们发现,以明胶为碳源,基于这一新技术制备得到的二维片状多孔纳米炭材料,在6 mol L-1 KOH电解液中、100 A g-1的电流密度下,其比电容仍高达246 F g-1,表现出远优于相同碳源的三维微米级颗粒状多孔碳的电化学性能。该材料在水系和有机系电解液体系中,在高功率密度下均显示出较高的能量密度。相关成果作为前封面近期发表在著名学术刊物Advanced Energy Materials上(2015, DOI: 10.1002/aenm.201401761, 刊物SCI影响因子14.385;论文作者:博士生范小明、于畅副教授、博士生杨卷、博士生凌铮、博士生胡超、博士生张梦迪、邱介山教授)。研究表明,这种合成策略可以拓展到多种类型的其它碳源,是一种制备高性能二维多孔片状纳米碳材料的普适性新方法。这一成果为拓展和深化高性能炭基超级电容器电极材料的设计与构筑,开辟了新的技术途经,也为高性能二维纳米炭材料的设计合成提供了可资借鉴的新思路。
 
 
        这一工作得到了国家自然科学基金会、中央高校基本科研业务费专项资金等的支持。
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