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蘭州化物所高性能锂離子混合超級電容器研究獲進展

在中國科學院蘭州化學物理研究所“一三五”重點培育項目和國家自然科學基金等項目的資助下,蘭州化物所清潔能源化學與材料實驗室在高能量密度超級電容器研究方面取得新進展。

作為一種新型的儲能器件,锂離子混合超級電容器具有比常規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界的廣泛關注。然而,目前所報道的锂離子混合電容器存在大功率放電條件下動力不足的缺點,其主要原因為混合電容器的正負極材料之間存在動力學不匹配的問題。

基于此,蘭州化物所研究人員通過對各種锂電電極材料的本征結構和性能進行深入研究和分析,提出了有效解決正負電極材料動力學不匹配的新思路,即采用具有赝電容特性的氮化釩電極材料取代常用電池型的負極材料(如石墨、钛酸锂等)。研究人員通過進一步添加石墨烯,成功制備出了具有三維結構的氮化釩/石墨烯複合材料,從而極大提高了原有氮化釩電極材料的比容量、動力學性能和循環穩定性。在此基礎上,将氮化釩/石墨烯複合材料作為負極,将前期自行研發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锂離子混合超級電容器。該器件工作電位窗口可達4 V,能量密度高達162 Wh/kg,且具有良好的循環穩定性,展示了良好的商業應用前景,為設計和研發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表在Advanced Functional Materials上。

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