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高活性材料比重超级电容器的设计合成-应用储能新思路

新一代柔性、便携的电子器件对储能器件的功率、能量密度日益增加的需求,激发了科学工作者对高功率、能量密度的储能器件广泛的研究兴趣。通过有效利用正负极材料的电位窗口,混合型超级电容器能获得更宽的工作电位窗口(通过调节,水性混合型超级电容器目前能达到2.0 V),并相应的获得了更高的能量密度。到目前为止,有关混合型超级电容器能量密度达到90-188 Wh/Kg的工作已经被大量报道。然而,这些报道数值均是基于活性材料质量计算,当从应用水平考虑整体器件的质量时能量密度将会极低(< 2Wh/Kg)。


针对这一研究难题,中山大学电化学课题组的翟腾童叶翔教授以及美国加州大学圣克鲁兹分校Yat Li副教授的指导下设计了通过两步法获得高活性材料比重的超级电容器。通过改进方法合成的超轻高电导的三维石墨烯空心电极基底以及高载量、高电化学活性的电极材料获得了高活性材料比重的正极(65%)和负极(78%)电极。最终组装成的V3S4/3DGH//MnO2/3DGH全固态混合型超级电容器活性材料比重达到24%,基于整体器件质量在3000 W/kg的平均功率密度下获得了7.4 Wh/kg的实际能量密度。

这一工作为超级电容器的应用发展提供了新的思路。最终发表在了《Nano Lett.》上。


http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.5b00321


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