中國(guó)粉體網(wǎng)訊 日前,，南開大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授周震課題組尋找到二氧化鈦/碳納米管這種具有快速反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的復(fù)合負(fù)極材料,，并以校園中脫落的樹葉為原料，制備出高效的正極材料,，大大提高了鈉離子電容器整體性能,，相關(guān)成果發(fā)表在《先進(jìn)能源材料》。
鈉離子電容器作為一種新型的儲(chǔ)能器件，兼顧了電池高能量密度和超級(jí)電容器高功率密度的優(yōu)點(diǎn),，近年來受到了廣泛關(guān)注,，但還存在著成本高、 材料利用率低,、 倍率性能及循環(huán)穩(wěn)定性不足等問題。此外,，現(xiàn)有鈉離子電容器正極材料單位重量中能量存儲(chǔ)量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于負(fù)極,，要想使二者具有相同儲(chǔ)電量,，就不得不制作大而厚重的正極,，這一點(diǎn)也限制了鈉離子電容器在儲(chǔ)能領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。
“作為負(fù)極材料,，要求其具有低電位,，而正極需要具有高電位，這樣組成電池或電容器的電壓才能高,�,！敝苷鸾榻B。團(tuán)隊(duì)就地取材,，以南開大學(xué)津南校區(qū)梨樹葉為原料,，制備了擁有高比表面積的生物質(zhì)碳材料作為吸附型正極。現(xiàn)有鈉離子電容器多以商業(yè)活性炭為正極,，與商業(yè)活性炭相比，這種以樹葉制備的生物質(zhì)碳材料表現(xiàn)出了對(duì)陰離子快速的吸脫附特性和突出的循環(huán)穩(wěn)定性,，能夠提升存儲(chǔ)電量和充放電速度,。
周震課題組通過靜電紡絲技術(shù)，引入碳納米管,，設(shè)計(jì)制備了二氧化鈦和碳納米管均勻分散于碳材料中的納米棒,，作為嵌入型負(fù)極,。“我們利用二氧化鈦構(gòu)建鈉離子電容器,，二氧化鈦較低的儲(chǔ)鈉電位和固有的贗電容特性,，有效增強(qiáng)了混合器件的能量密度和倍率性能，大大提升了正極的儲(chǔ)電總量和充放電速度,�,！敝苷鸾榻B。碳納米管的引入有效促進(jìn)了離子和電子的傳輸,，有效提高了材料的贗電容比例，進(jìn)而帶來了更加突出的倍率性能,。在半電池測(cè)試中,，該材料表現(xiàn)出了優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性,。
鈉離子具有較大的離子半徑，更加趨向于表面的贗電容反應(yīng),。為了充分發(fā)揮這一特性,，團(tuán)隊(duì)將上述兩種材料通過合理匹配,，組裝成了鈉離子電容器,。該器件表現(xiàn)出很高的能量密度（81.2 W h kg-1）,、優(yōu)異的功率密度（12400 W kg-1）及超長(zhǎng)的循環(huán)穩(wěn)定性（1 A g-1大電流下循環(huán)5000次容量保持率為85.3%）,，有效解決了現(xiàn)有電容器存在的正負(fù)極電化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)不匹配的問題，為鈉離子電容器的研究發(fā)展提供了新思路,。
最后，研究小組通過成功驅(qū)動(dòng)迷你風(fēng)扇的實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證明了該鈉離子電容器擁有高的電壓輸出,，為今后的實(shí)用化提供了可能,。
“其實(shí)不光是樹葉，秸稈,、菜葉等也可用來制作電容正極，如果規(guī)�,；a(chǎn)一定程度上將有利于環(huán)保事業(yè)發(fā)展,�,！敝苷鸾榻B,。
該工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目的資助,。
