刘忠范：光热效应提高超级电容器的电容

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太阳能是一种储量丰富的可再生新能源，收集和利用太阳能对于实现人类的可持续发展具有重要的作用。光热效应将太阳光转换为热能，并具有许多应用，如光热海水淡化和光热发电。超级电容器是一种广泛使用的储能器件，具有高功率密度、快速的充电/放电速率和长循环寿命等优点。然而，与其他能量存储器件一样，超级电容器在较低的温度下常常表现出较低的性能。

近日，北京大学的刘忠范团队利用光热效应来提高超级电容器的电容、能量密度和功率密度。他们使用三维多级结构石墨烯来作为超级电容器的电极，该石墨烯具有极高的光热转换效率和高热导率，并且在器件光热转换中发挥着重要的作用。所制备的超级电容器在整个太阳光谱范围内的光吸收率>92.88 %，在1个太阳光照（1 kW•m-2）时表面温度变化约39 ℃，光热响应时间<200 s。室温下相比于无光照时，赝电容型超级电容器在1个太阳光照下电容提高到〜1.5倍、能量密度提高到〜1.5倍、功率密度提高到〜1.6倍。室温下相比于无光照时，双电层型超级电容器在1个太阳光照下电容提高到〜3.7倍。

随着光照强度的逐渐增加，超级电容器的电容逐渐增加。在太阳光照射下，光热效应使超级电容器温度增加，对赝电容型超级电容器电容增加起主要作用的因素有法拉第反应速率常数、电极和电解质电导率、双电层电容增加；对双电层型超级电容器电容增加起主要作用的因素是电解质介电常数增加。

作为一种可再生的新能源技术，该工作所提出的光热技术有望解决低温环境如寒冷天气下储能器件的故障问题，该技术手段还有望用于研发新概念传感器，比如触发器、光学和温度传感器等。这项工作为太阳能的应用提供了新的思路，并为储能器件的发展和设计提供了新的途径。这一成果近期发表在Energy & Environmental Science 上。

该论文作者为：Fang Yi, Huaying Ren, Keren Dai, Xiaofeng Wang, Yingzhou Han, Kexin Wang, Ke Li, Baolu Guan, Jie Wang, Miao Tang, Jingyuan Shan, Hao Yang, Mingsheng Zheng, Zheng You, Di Wei, Zhongfan Liu

Solar thermal-driven capacitance enhancement of supercapacitors

Energy Environ. Sci., 2018, 11, 2016, DOI: 10.1039/C8EE01244J