王振洋研究员团队研制出“不怕冻”的新型光热增强型超级电容器 -

标题: 王振洋研究员团队研制出“不怕冻”的新型光热增强型超级电容器 [打印本页]

作者: heku 时间: 2022-3-2 09:49
标题: 王振洋研究员团队研制出“不怕冻”的新型光热增强型超级电容器
近期，中科院合肥研究院固体所王振洋研究员团队在光热增强型超级电容器研究方面取得进展。相关研究成果作为封面发表在Journal of Materials Chemistry A 期刊上。
　　在低温环境下，由于电解液离子扩散受阻，超级电容器等储电器件的电化学性能会急剧衰减。而利用具有光热性能的电极材料，通过太阳能光热效应实现器件温度的快速上升，有望大幅提升超级电容器的低温性能。然而，开发兼具优异光热性能和高储电能力的电极材料依然是一个挑战。

图1.（a）光热增强型超级电容器的制备过程；（b）太阳能光热自加热示意图。

图2. 石墨烯/聚吡咯复合电极材料的结构表征。　

图3. (a) 光热型超级电容器电极结构截面示意图；(b) 电极材料和器件的紫外-可见-近红外透过率(T)、反射率(R)和吸收光谱(A)；(c) 不同光照强度下器件的升温时间曲线；(d) 一个太阳光照下器件在升温过程中的热红外图像。

　　鉴于此，研究人员采用激光诱导技术制备了具有三维多孔结构的石墨烯晶体膜，并通过脉冲电沉积技术将聚吡咯均匀复合到多孔石墨烯导电网络内部，构筑了石墨烯/聚吡咯复合电极，其具有高比容量，且能有效利用太阳光热效应实现电极温度的快速上升等特点。在此基础上，研究人员进一步构建了一种新型光热增强型超级电容器，既能将电极材料充分暴露于太阳光下，又可以对固态电解质进行有效保护。在-30 °C的低温环境中，一个太阳光照射（1 kW m-2）下，超级电容器已严重衰减的电化学性能可以迅速提升至室温水平。室温（15℃）环境中，该器件在一个太阳光照射下表面温度提升了45 °C。温度提升后，优化的电极孔隙结构和增加的电解液离子扩散速率，使电容器的储电能力提高了4.8倍（比电容和能量密度分别达到2755.2 mF cm-2和21.55 mWh cm-3）。此外，由于固态电解质得到很好的保护，10000次充放电后电容器的电容保持率仍高达85.8 %。
　　该工作相关成果已经入选Journal of Materials Chemistry A期刊封面，为解决超级电容器低温难题和开发高能量密度器件提供了新思路。
　　上述工作得到了国家重点研发项目、国家自然科学基金、安徽省科技重大专项、安徽省重点研发计划等项目的支持。
　　文章链接： https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2022/ta/d1ta09222g。

　文章来源：合肥研究院
王振洋，男，博士，博士生导师，中国科学院合肥物质科学研究院研究员，安徽省自然科学一等奖获得者，武汉大学兼职研究生导师。2000年本科毕业于兰州理工大学，2006获得中科院固体物理研究所凝聚态物理专业理学博士学位。2006年开始进入中国科学院合肥物质科学研究院，2010～2011年获得王宽诚教育基金会资助，赴德国明斯特大学作为高级访问学者从事新能源纳米材料的研究。多年来一直从事纳米复杂纳米结构设计、纳米敏感器件与纳米探针、先进能源纳米材料等方面的应用基础研究。最终目标将为纳米材料和纳米技术在上述领域的应用提供廉价可靠的能源转换新方法、智能节能新技术、高效储能微纳器件和绿色环保的新能源和节能材料。作为主要研究骨干承担了国家重大基础研究计划（973项目）“节能领域机敏纳米材料的关键科学问题研究（2009CB939900）”的部分研究任务，作为主持人承担国家自然科学基金3项，承担中国科学院重要方向性项目等其他省部级课题7项。近年来在Angew.Chem.Int.Ed.、Adv.Funct.Mater.、Chem-AEurop.J.、Appl.Phys.Lett.、SolarEnergyMaterialsandSolarCells和J.Phys.Chem.C等期刊发表SCI论文50多篇。获发明专利5项，其中一项2006年被评为甘肃省十五期间十大优秀专利。

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