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大工高性能碳基超級電容器電極材料研究取得新進展

美國麥克儀器 2015-04-30 | 閱讀：1947

近年來，純電動車和混合電動車等高性能新能源交通運輸工具的發(fā)展態(tài)勢強勁，其中，新型高效的儲能設(shè)備的設(shè)計和開發(fā)是一個關(guān)鍵因素。超級電容器具有功率密度高、循環(huán)使用壽命長和安全性能優(yōu)異等突出的優(yōu)勢，在電化學儲能領(lǐng)域的應(yīng)用前景巨大。多孔炭材料具有豐富可調(diào)的孔道結(jié)構(gòu)和大比表面積等特點，是目前最為廣泛使用的一類超級電容器電極材料。然而，如何基于多孔炭材料實現(xiàn)兼具高功率密度和高能量密度的超級電容器之設(shè)計和構(gòu)筑，依然是一個富有挑戰(zhàn)性的關(guān)鍵核心問題。

化工學部邱介山教授領(lǐng)導的“能源材料化工”學術(shù)團隊在前期工作基礎(chǔ)上進一步發(fā)展了調(diào)控碳基材料之表/界面的新技術(shù)?；谙抻蚩臻g的策略，以層狀硅鋁酸鹽蒙脫土為模板，提出并建立了插層-限域碳化-活化的新技術(shù)路線，實現(xiàn)了二維多孔片狀炭材料的可控合成，并用于高性能超級電容器的設(shè)計構(gòu)筑。

二維多孔片狀炭納米材料作為超級電容器電極材料，具有突出的特點和優(yōu)勢：在充放電過程中電解液可以在多孔炭的內(nèi)部孔道快速傳輸，在高充放電速率下賦予電容器高倍率性能。他們發(fā)現(xiàn)，以明膠為碳源，基于這一新技術(shù)制備得到的二維片狀多孔納米炭材料，在6 mol L-1 KOH電解液中、100 A g-1的電流密度下，其比電容仍高達246 F g-1，表現(xiàn)出遠優(yōu)于相同碳源的三維微米級顆粒狀多孔碳的電化學性能。該材料在水系和有機系電解液體系中，在高功率密度下均顯示出較高的能量密度。相關(guān)成果作為前封面近期發(fā)表在著名學術(shù)刊物Advanced Energy Materials上。

研究表明，這種合成策略可以拓展到多種類型的其它碳源，是一種制備高性能二維多孔片狀納米碳材料的普適性新方法。這一成果為拓展和深化高性能炭基超級電容器電極材料的設(shè)計與構(gòu)筑，開辟了新的技術(shù)途經(jīng)，也為高性能二維納米炭材料的設(shè)計合成提供了可資借鑒的新思路。

大連能源化工材料實驗室為美國麥克儀器公司的聯(lián)合實驗室，實驗室有3Flex三站全自動多功能吸附儀、2020研究級超高性能全自動吸附儀以及Chemisorb化學吸附儀等多臺麥克儀器，在其超級電容器電極材料的研究中，麥克儀器公司3Flex成為其多孔炭材料表面表征的強有力的工具，該款儀器是一款全能型儀器，可兼具物理吸附、化學吸附、蒸汽吸附等多種功能，歧管、P₀ 管、分析站配備獨立的多級傳感器，NLDFT雙等溫線擬合模型使用戶能夠應(yīng)用氮吸附和二氧化碳吸附等溫線數(shù)據(jù)得到材料的全范圍孔徑分布（例如碳狹縫孔），壓汞法與氣體吸附法的數(shù)據(jù)相疊加，能夠自動生成全范圍孔徑分布分析圖。

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