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[材料资讯] 张荻团队在超级电容器储能的最新研究成果

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发表于 6 天前 | 显示全部楼层 |阅读模式
近日,国际顶尖学术期刊Nature Nanotechnology在线发表了上海交通大学材料科学与工程学院张荻团队在超级电容器储能的最新研究成果。研究团队启迪于自然界中的纳米超流现象,通过材料基元序构化的尺寸调控策略,人工设计了“窄却快”的致密量子片薄膜,实现了超快离子输运和高电容性能。通讯作者为顾佳俊,刘庆雷,张荻和加州大学洛杉矶分校的Y. Morris Wang教授。论文第一作者是上海交大材料学院博士陈文书,上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室为第一完成单位。
        介质传输的多孔膜在能源、分离、催化等领域有着广泛应用,但传输效率往往随着孔径尺寸减小而快速降低(哈根-泊肃叶定律)。如何实现具有超快传输效应的致密膜材料是长期挑战。反观自然,生物系统中普遍存在着能快速地传输离子/分子的纳米通道,其传输效率甚至是微米孔道的几个数量级,在物质与能量循环、光电信号反应/传递等生命过程中发挥着关键作用。这种新奇现象与传统的物质传输理论相悖,是一种具有“量子限域传输”效应的“纳米超流体”现象,最近引起了材料、物理、化学等学科领域的极大兴趣。

电极薄膜

电极薄膜
电极薄膜微结构表征
        启迪于自然,研究团队以材料基元重构的仿生策略,通过精准调控二维材料基元尺寸和空间序构特征距离,实现了二维离子通道拓扑网络结构的致密薄膜,作为电极展现出超高电容性能。经测试,厚度14 μm的致密电极在 2,000 mV s-1扫速下不仅能提供满足工业需求高的面电容(0.63 F cm-2),而且能提供比现有电极高一个数量级的体积电容(437 F cm-3)。加州大学洛杉矶分校的Y. Morris Wang教授团队和劳伦斯利弗莫尔国家实验室的T. Anh Pham教授团队利用密度泛函理论和从头算分子动力学证明了水合纳米孔道中的离子限域传输增强效应,为实验结果提供了强有力的理论支撑。研究工作得到了国家自然科学基金(52072241, 52071213, 51772187)、上海市科委(18JC1410500)等的大力支持。
       课题组长期从事生物构型化新材料的研究,通过材料基元的重构策略,相继发展了仿生层状结构的致密化结构和功能复合材料,为破解强韧性、介质输运等领域难题提供新思路。
        文章来源:上海交通大学
        张荻,男,1957年3月出生,上海交通大学教授。材料学学科长江学者奖励计划特聘教授。1988年3月获日本大阪大学博士学位,1988年9月起在上海交通大学任教。1991年至1999年期间多次赴日本Yuasa公司中央研究所、日本京都大学和日本大阪大学任客座研究员、访问教授。现任上海交通大学材料科学与工程学院副院长、复合材料研究所所长、金属基复合材料国家重点实验室副主任,兼任中国复合材料学会常务理事、金属基及陶瓷基复合材料专业委员会主任、武汉工业大学材料复合技术国家重点实验室学术委员会委员、中国有色金属学报、中国复合材料学报编委、日本通产省新能源机构(NEDO)“研究开发功能性木质陶瓷”委员会委员。主要从事轻质高强材料、金属基复合材料、陶瓷电池和燃料电池用材等领域的研究工作。开发出的原位复合自生增强Ti基复合材料、Mg-Li基复合材料均已达到国际先进水平,近年来提出的利用植物纤维等废弃木质材料制备木质陶瓷,并由其与金属复合来制备具有结构功能一体化的绿色复合材料的研究已引起了日本工业界和学术界的重视。在解决长寿命陶瓷电池关键性材料方面取得了很大突破;开发出了熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)电解质基板,并成功通过试车发电。近五年来承担了国家自然科学基金、教育部“跨世纪优秀人才”基金、国际合作等19项科研项目,总研究经费达453万元。发表学术论文118篇,其中SCI收录28篇,EI收录35篇,获国际发明专利2项。

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