在中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所“一三五”重點(diǎn)培育項(xiàng)目和國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助下，蘭州化物所清潔能源化學(xué)與材料實(shí)驗(yàn)室在高能量密度超級電容器研究方面取得新進(jìn)展。
作為一種新型的儲(chǔ)能器件，鋰離子混合超級電容器具有比常規(guī)超級電容器更高的能量密度，因此近年來備受研究者和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。然而，目前所報(bào)道的鋰離子混合電容器存在大功率放電條件下動(dòng)力不足的缺點(diǎn)，其主要原因?yàn)榛旌想娙萜鞯恼?fù)極材料之間存在動(dòng)力學(xué)不匹配的問題。
基于此，蘭州化物所研究人員通過對各種鋰電電極材料的本征結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行深入研究和分析，提出了有效解決正負(fù)電極材料動(dòng)力學(xué)不匹配的新思路，即采用具有贗電容特性的氮化釩電極材料取代常用電池型的負(fù)極材料（如石墨、鈦酸鋰等）。研究人員通過進(jìn)一步添加石墨烯，成功制備出了具有三維結(jié)構(gòu)的氮化釩/石墨烯復(fù)合材料，從而極大提高了原有氮化釩電極材料的比容量、動(dòng)力學(xué)性能和循環(huán)穩(wěn)定性。在此基礎(chǔ)上，將氮化釩/石墨烯復(fù)合材料作為負(fù)極，將前期自行研發(fā)的高比表面積多孔炭作為正極，組裝出了兼具高能量密度和高功率密度的鋰離子混合超級電容器。該器件工作電位窗口可達(dá)4 V，能量密度高達(dá)162 Wh/kg，且具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性，展示了良好的商業(yè)應(yīng)用前景，為設(shè)計(jì)和研發(fā)高比能超級電容器提供了新的思路和方法。該研究工作近期在線發(fā)表在Advanced Functional Materials上。
氮化釩/石墨烯復(fù)合材料–多孔炭鋰離子混合超級電容器的Ragone plot（能量密度–功率密度）圖 氮化釩/石墨烯復(fù)合材料–多孔炭鋰離子混合超級電容器的Ragone plot（能量密度–功率密度）圖
來源：中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所
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