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迄今為止能量密度和功率密度最高值！高性能石墨烯基鋰離子電容器出世
2022年05月12日 09:15:01
來源：化工儀器網 作者：羊舌木 點擊量：5289
在測試后發現，這一電容器基于電極活性材料總質量的能量密度最高達到194 Wh/kg，功率密度最高可達40.7 kW/kg。這是迄今為止所報道柔性固態鋰離子電容器能量密度和功率密度的最高值。
【化工儀器網 項目成果】到如今，超級電容器已經較為成熟，這種介于電容器與電池之間的一種產品已被人熟知。而鋰離子電容器就是一種介于鋰離子電池和超級電容器之間的一種儲能器件，其主要原理就在于通過負極預先摻雜鋰離子，使得負極電位幾乎與鋰電位相匹配，由此可以顯著提升器件的工作電壓到3.8甚至4V以上。
鋰離子電容器這種混合電容器，不僅擁有可以反復充放電的雙電層電容器，同時還具備鋰離子二次電池的高容量密度，還擁有在85℃環境下也可使用的高溫可靠性，并且鋰離子電容器不含會污染環境的重金屬，是一種環保電容器。
鋰離子電容器作為一種有效結合鋰離子電池與超級電容器的新型電化學儲能器件，有效彌補了鋰離子電池和超級電容器之間的性能差異。電極材料作為鋰離子電容器的重要組成部分，是影響鋰離子電容器性能的關鍵因素。
精細的結構設計工程被認為是提高電極材料電化學性能的有效方式之一。近日，中國科學院電工研究所研究員馬衍偉團隊聯合中國科學院大連化學物理研究所研究員吳忠帥，提出了一種通用靜電自組裝策略，他們在還原氧化石墨烯上原位生長了MnO復合納米材料(rGO/MnO)，并通過深入的原位實驗表征以及理論計算，證實了這種復合納米材料的異質結構具有較強的界面作用和良好的儲鋰動力學。
并且由于rGO/MnO復合納米材料具有高電荷轉移速率、豐富的反應位點以及穩定的異質結構，基于rGO/MnO復合納米材料制備的電極具有高比容量、優異的倍率性能以及長循環穩定性。因此這種復合納米材料可作為高性能鋰離子電容器理想的負極材料。
通過將這種高性能石墨烯基復合材料作為負極與活性炭正極進行組裝，研究團隊成功制備出了柔性固態的鋰離子電容器。在測試后發現，這一電容器基于電極活性材料總質量的能量密度最高達到194Wh/kg，功率密度最高可達40.7kW/kg。
這是迄今為止所報道柔性固態鋰離子電容器能量密度和功率密度的最高值。在10000次充放電循環后，鋰離子電容器的容量保持率可達77.8%，并且安全性能高。研究團隊表示，這一項研究提出的金屬氧化物/石墨烯復合材料設計策略在高能量密度和高功率密度的柔性鋰離子電容器中具有很好的應用前景。相關研究成果發表在《先進功能材料》上。
(資料參考來源：中國科學報)
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