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基于二维碳纳米片电极的离子液体基超级电容器研究进展

离子液体基超级电容器,由于具有大电压窗口、宽液相温度范围、高阻燃性,具有在航空航天等极端环境下巨大的应用前景。同时在保持高循环稳定性条件下,实现离子液体基超级电容器的高能量高功率的协同输出,已成为该领域的研究目标之一。然而,高能量与高功率所需电极微结构的具有竞争性,因此要实现这一目标其关键在于新型电极材料的设计与制备。


最近,北京航空航天大学的高秋明教授点击查看介绍团队,以天然生物质废物虾皮为原料通过同步的碳化与自活化,及超声液相剥离,成功制备了一种二维类石墨烯氮掺杂纳米片电极材料 (图1)。该材料的厚度仅为5 nm左右,比表面积为1946 m2 g-1,平均孔径为4.97 nm,导电性为7.8 S cm-1,氮掺杂量为8.75 wt.%。

图1.  二维类石墨烯氮掺杂纳米片电极材料的制备流程


同时采用离子液体共熔混合物即EMI TFSI : EMI BF4 = 80:20为电解液,组装了高效的离子液体基超级电容器。该设备在具备高循环稳定性(8000圈循环后电容保持为98.3%)条件下,一定程度实现了高能量高功率的协同输出,即基于电极材料的能量密度为30 Wh kg-1时功率密度为64 000 W kg-1,而基于设备总重的能量功率密度可比与商用的能量储存设备(图2)。

图2. 离子液体基超级电容器性能与商用能量储存设备比较


该研究成果发表在《Journal of Materials Chemistry A》杂志上(J. Mater. Chem. A., 2016;4(22):8690-8699.),通讯作者是高秋明教授,第一作者博士生田维乾。本团队前期相关工作已发表在J. Mater. Chem. A., 2015, 3, 5656-5664.与Carbon., 2015, 85, 351-362。


该论文作者为:Weiqian Tian, Qiuming Gao, Liming Zhang, Chunxiao Yang, Zeyu Li, Yanli Tan, Weiwei Qian, Hang Zhang

http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2016/TA/C6TA02828D

Renewable graphene-like nitrogen-doped carbon nanosheets as supercapacitor electrodes with integrated high energy–power properties

J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 8690-8699, DOI: 10.1039/C6TA02828D


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