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石墨烯基電化學電容器儲能研究取得重要進展
 
2020-02-18 | 文章來源:先進炭材料研究部        【 】【打印】【關閉

  電化學電容器具有可快速充電、功率高、循環壽命長、工作溫度范圍寬、安全性能高等優點,可用作大功率電源,在混合電動汽車、備用電源、便攜式電子設備等領域都具有廣闊的發展前景。然而電化學電容器相比于電池其能量密度較低,即單位體積內儲存的能量低,限制了其更廣泛的應用范圍,尤其是在便攜式智能設備中的應用, 需要進一步提高體積能量密度。近日,金屬研究所與英國倫敦大學學院及香港大學合作,在《自然-能源》(Nature Energy) 在線發表題為“可調層間距、高效孔利用石墨烯薄膜的電化學電容儲能研究”(Tuning the interlayer spacing of graphene laminate films for efficient pore-utilization towards compact capacitive energy storage )的研究論文。

  研究人員制備了不同比例的氧化石墨烯和熱膨脹還原石墨烯的混合溶液,經過真空抽濾,得到片層間距可調節的復合石墨烯基薄膜。通過調控片層間距,實現了優化整個電極材料孔隙率的效果。當電極材料的孔隙尺寸與電解液的離子尺寸相匹配時,孔隙的空間利用達到了最優化,從而極大化了體積能量密度。在此基礎上,科研人員設計了全固態柔性電化學電容器,石墨烯薄膜電極材料本身良好的彎折性能,保證了整個器件的柔性,并進一步發展了智能器件,通過根據實際需求改變電路連接方式,實現了不同的輸出效果。

  該合作研究的實驗工作由英國倫敦大學學院李莊男博士在中科院金屬所合作研究完成,所有作者共同參與了數據分析、討論及論文撰寫工作。李莊男博士為第一作者,李峰研究員、Ivan Parkin教授、郭正曉教授為共同通訊作者。該研究工作得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃、中國科學院、英國工程物理研究委員會、香港大學浙江研究院等項目資助。

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圖1. 片層間距可調節的復合石墨烯薄膜的制備過程

圖2. 片層間距可調節的復合石墨烯薄膜的結構表征

圖3. 片層間距可調節的復合石墨烯薄膜的電化學表征

圖4. 電化學電容器性能

圖5. 制作全固態電化學電容器及其智能設計

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