梨樹葉“變身”正極 電容器性能大增

2017-12-07 08:51:36|來源:科技日報|編輯:韓俁 |責編:韓俁

  繽紛的落葉,被科學“魔杖”輕點,竟變成性能良好的電容器正極。記者5日從南開大學獲悉,該校材料科學與工程學院周震教授課題組以校園中尋常落葉為原料,製備出高效的正極材料,大大提高了鈉離子電容器整體性能。這一成果發表在最新一期《先進功能材料》,還得到國家重點研發計劃項目資助。

  據介紹,因兼顧電池高能量密度和超級電容器高功率密度優點,鈉離子電容器作為一種新型儲能器件而廣受關注。但現有鈉離子電容器正極材料單位重量中能量存儲量要遠遠小于負極,要想使二者具有相同儲電量就不得不製作大而厚重的正極,正是這一點大大限制了鈉離子電容器在儲能領域的廣泛應用。周震介紹說,現有鈉離子電容器多以商業活性炭為正極,他們團隊獨闢蹊徑,以梨樹葉為原料,成功製備出擁有高比表面積的生物質碳材料作為吸附型正極。與商業活性炭比,這種以樹葉製備的生物質碳材料表現出了對陰離子快速的吸脫附特性和突出的迴圈穩定性,大幅提升電容器存儲電量和充放電速度。

  此外,課題組還通過靜電紡絲技術,引入碳奈米管,設計製備了二氧化鈦和碳奈米管均勻分散于碳材料中的奈米棒,作為嵌入型負極。課題組將上述兩種材料通過合理匹配,組裝成了鈉離子電容器。該器件表現出很高的能量密度、優異的功率密度及超長的迴圈穩定性,有效解決了現有電容器存在的正負極電化學反應動力學不匹配等問題,通過成功驅動迷你風扇實驗,進一步證明該鈉離子電容器擁有高的電壓輸出。該成果為鈉離子電容器後續研究發展提供了全新思路,也為進一步實用化提供了可能。

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