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新材料学院在新型纳米介孔碳储能材料研究取得重要进展
日期:2017-05-04 08:29:16   来源:南燕新闻社   点击:

  由于能源短缺和环境恶化问题的日趋严峻,对于可再生清洁能源的开发与利用成为全球关注的热点。超级电容器,作为新一代能源存储器件,相比于锂离子电池,具有充放电速度快(分秒级)、循环寿命长(104-105次)、功率密度高(10 kW/kg)以及工作温度范围宽(-50~+75℃)等优势而受到广泛的关注和研究。多孔碳材料因其高的比表面积、优异的导电性、良好的化学稳定性、低廉的价格以及环境友好型等特点而成为超级电容器电极材料最理想的选择之一。通常具有高比表面积的多孔碳材料,孔的存在形式主要以微孔(孔径<2 nm)为主导,由于孔径尺寸的限制,在一定程度上其电极材料的倍率也相应受到限制。为了提升材料的倍率性能,通常采用合适的前驱体以及模板法等引入一些介孔(孔径2 nm–50 nm),而外模板法使制备过程复杂化同时也增加了材料的成本。

  近日,北京大学深圳研究生院新材料学院潘锋教授课题组在纳米多孔储能材料研究领域取得重要进展,开发了一种新型的微孔/介孔分级多孔碳材料,用在超级电容器中展现出优异的储能性能。团队研究创新地采用均匀分散在SiOC陶瓷基体中的SiOx纳米畴为原位模板,通过NaOH在不同温度下活化来调节和优化孔结构,最终获得具有超高比表面积(3122 m2 g-1)的微孔/介孔碳,同时其介孔体积比也高达66%。相比于商用的活性炭YP50,该材料在水体系和有机体系下均展现优异的倍率性能和电容性能,其特殊的孔结构加速了传质传递过程,也提高了材料比表面积的利用率,最终在有机体系下获得了高达42 Wh kg−1的能量密度。该工作为超级电容器材料的设计和应用研究提供了全新的研究思路。

  相关研究成果近期发表在国际顶级能源期刊Nano Energy (Nano Energy 33 (2017)453-461, 影响因子IF=11.553),该工作由潘锋教授和陈海标特聘研究员共同指导,14级硕士生杨杰和13级硕士生吴灏林共同完成。该工作得到了国家材料基因组、广东省创新团队以及深圳市科技创新委员会的共同支持。

     

图1.微孔/介孔分级多孔碳材料的制备示意图

 

      

图2.(a)C800和商用YP50的能量密度与功率密度对比图,

  (b)离子在微孔以及微孔/介孔中的传输示意比较图

 

相关链接:

Jie Yang1, Haolin Wu1, Min Zhu, Wenju Ren, Yuan Lin, Haibiao Chen*, Feng Pan*.Optimized mesopores enabling enhanced rate performance in novel ultrahigh surface area meso-/microporous carbon for supercapacitors, Nano Energy 33 (2017): 453-461.

http://dx.doi.org/10.1016/j.nanoen.2017.02.007

http://www.pkusz.edu.cn/uploadfile/2017/0504/20170504083516485.pdf

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