南理工科研团队研发出超级安规电容器

- 2018-03-19 -

"充电 5 分钟,通话 2 小时",这句流行广告语反映了人们开始重视电子产品中储能装置的充放电速度。近日,南理工材料学院格莱特研究院纳米能源材料(NEM)实验室团队以创新方法,让兼具大储电量、快速充放电优势的安规电容器成为可能,相关研究成果发表在材料科学领域顶尖期刊《Advanced Materials》上。


据实验室团队负责人夏晖教授介绍,超级电容器作为一种储能装置,拥有可快速充放电的突出优势。然而目前市面上流行的电子产品使用的仍多为充放电速度相对更慢的锂电池,这是因为储电量低这一短板严重限制了超级电容器的应用。长久以来,科研人员试图从电极与电解液两个角度分别寻找既能保持快速充放电优势,又能提高储电量的方法。


"氧化铁资源丰富、价格低廉、对环境友好,作为一种极具应用潜力的电极材料受到许多科研人员的青睐,但其电子、离子传导性能较差,制约了它在超级电容器中的应用,是长期困扰科研人员的难题。" NEM 实验室团队首次提出,利用改性的方法,在氧化铁电极材料表面制造氧缺陷,进而有效调控改性氧化铁电极材料与氧化还原电解液之间的相互作用,在保证快速充放电性能的同时,提高电极可存储电量。实验测算结果显示,这一体系的充放电速度可达每秒 3.2V,现有同类超级电容器仅为每秒 0.4V;且在该条件下,储电量可达 290C/g,相比现有超级电容器的 60-100C/g,具有显著提升。


据悉,该研究成果还为水系超级电容器的研发提供了新思路,有望弥补市场上现有的有机系安规电容器的诸多不足。有机系超级电容器由碳材料制成的电极与有机电解液组成,与之相比,水系超级电容器的电极材料为金属氧化物,储电量可达碳材料的 5-10 倍;有机电解液价格昂贵,且存在易燃易爆风险,而水系超级电容器中的液态电解液采用中性盐溶液,无污染、成本低,且不存在燃烧或爆炸风险,更安全。


夏晖教授表示,以超级电容器为代表的高效储能装置是大力发展清洁能源中不可或缺的一环。目前实验室正面向产业化应用,沿着进一步提升储电量和工作电压的方向开展后续研究,力争在不久的将来使安规电容器产品取代铅酸电池等传统储能装置,在新能源汽车等领域发挥巨大作用。


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