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在掺杂多孔碳材料应用于高性能柔性超级电容器研究方面取得重要进展

已有 1251 次阅读 2020-5-18 16:43 |系统分类:论文交流

孙立EA论文:掺杂多孔碳材料应用于柔性超级电容器研究取得重要进展 

在各种能源器件中,柔性超级电容器由于其安全、环保,能量密度高、充放电速率快、循环寿命长等优异特性,被公认为有潜力的可穿戴能源器件。然而,传统超级电容器(即电化学双层电容器和赝电容器)由于低的电容、短的循环稳定性以及弱的机械性能,远远不能够满足当前的需求。因此,发展双层电容器和赝电容器合理杂化的混合柔性超级电容器已经被认为是高性能超级电容器的理想策略。石墨炭和过渡金属氧化物复合材料具有良好的导电性和高赝电容的优点,是最有发展前途的电化学材料之一。

武汉大学物理科学与技术学院 潘春旭教授课题组,长期致力于碳纳米材料的研究与应用。最近,博士生孙立在“一锅法制备‘原位’碳层封装Mn3O4纳米粒子嵌入3D N/P共掺杂多孔碳材料应用于高性能柔性超级电容器”方面取得了重要进展,研究成果发表在国际著名电化学刊物《Electrochimica Acta》(2020, 333: 135496 (11 pages))上。

主要创新性成果如下:

提出了一种简单的锅法制备原位”碳层封装的Mn3O4纳米粒子嵌入3D N/P共掺杂多孔碳材料(NPCM/Mn3O4Mn3O4纳米粒子被封装在碳层中不仅可以提高了导电率,防止金属氧化物粒子聚集,而且碳层的弹性特性能在一定程度上缓解在快速充放电过程中巨大的体积变化引起的应变,从而导致的低循环寿命。同时,高比表面积的N/P共摻杂三维多孔结构提供了畅通路径,可以在快速充放电过程中有效降低电荷传递阻力,提高电荷存储和高速率能力。由于这些优点,NPCM/Mn3O4表现出高的比电容(在电流密度为0.5 A g-1时比电容384 F g-1)和优异的循环性能(5000次之后几乎没有衰减周期)。组装成对称超级电容器器件表现出大的电压窗口6 M KOH电解质中为1.5 V1 M Na2SO4电解质中为1.6 V),在功率密度为232.3 W kg-1时,最大能量密度可达到18.5 Wh kg-1。此外,全固态对称超级电容器在机械弯曲状电化学性能优异和循环500次电容仍然保持在95%以上。研究结果为简单、高效地开发用于高速能量转换和存储设备的新型碳基金属氧化物电极材料奠定了基础。

相关论文信息

Li Sun, Gongsheng Song, Yafei Sun, Qiang Fu, Chunxu Pan: "One-Step Construction of 3D N/P-Codoped Hierarchically Porous Carbon Framework In-Situ Armored Mn3O4 Nanoparticles for High-Performance Flexible Supercapacitors", Electrochimica Acta, 2020, 333: 135496 (11 pages). (工程技术2区,IF5.26

https://doi.org/10.1016/j.electacta.2019.135496

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