鈦酸鈉與石墨烯打造高能量高功率微型電容器

2019-11-14 15:22  來源:環(huán)球網(wǎng)  瀏覽:  

把海膽狀的鈦酸鈉作為負(fù)極,多孔活化石墨烯作為正極,當(dāng)它們結(jié)合時(shí)會(huì)產(chǎn)生怎樣的“火花”?記者近日從中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所獲悉,該所吳忠?guī)浹芯繂T團(tuán)隊(duì)與包信和院士團(tuán)隊(duì)合作,讓“海膽”與石墨烯結(jié)合,開發(fā)出具有高能量密度、高耐熱性能的柔性鈉離子微型超級(jí)電容器。

微型傳感器、微型機(jī)器人、自供電微系統(tǒng)等都離不開微型電化學(xué)儲(chǔ)能器件,該器件主要是指一類電極尺寸在微米范圍內(nèi)的小型化電源,被認(rèn)為是柔性化、微型化、智能化集成電子產(chǎn)品的關(guān)鍵電源,目前主要分為微型電池和微型超級(jí)電容器,以及近年來出現(xiàn)的雜化微型超級(jí)電容器。

據(jù)介紹,微型電池具有較高的能量密度,但其功率密度較低;微型超級(jí)電容器具有較高的功率密度,但能量密度又較低。

而雜化微型超級(jí)電容器則結(jié)合了微型電池的高能量密度以及微型超級(jí)電容器的高功率密度的優(yōu)點(diǎn),成為一種新型的微型電化學(xué)儲(chǔ)能器件,這其中比較有代表性的就是鋰離子微型超級(jí)電容器。

鋰離子微型超級(jí)電容器具有較高的能量密度和功率密度,但其大規(guī)模應(yīng)用受制于金屬鋰的資源限制和較高的開發(fā)成本(鋰的地殼豐度為0.006%)。與此相反,鈉的地殼資源豐富,占比達(dá)2.74%,開發(fā)成本較為低廉,與鋰的電化學(xué)性能也較為相似,開發(fā)出鈉離子微型超級(jí)電容器具有重要的應(yīng)用前景。

中科院大連化物所研發(fā)團(tuán)隊(duì)將海膽狀的鈦酸鈉作為電池型的負(fù)極,多孔活化石墨烯為電容型的正極,結(jié)合高壓離子液體凝膠電解液,成功構(gòu)建出柔性化鈉離子微型超級(jí)電容器。他們通過電池型負(fù)極和電容型正極的有效耦合,使鈉離子微型超級(jí)電容器能夠在3.5伏的高壓下穩(wěn)定工作,高能量密度達(dá)到37.1毫瓦時(shí)/立方厘米,并形成超低的自放電速率。

研發(fā)人員介紹,該鈉離子微型超級(jí)電容器具有多方向快速離子擴(kuò)散通道,極大地降低了電荷轉(zhuǎn)移電阻,并顯著提高了功率密度。同時(shí),由于器件的平面幾何結(jié)構(gòu)和離子凝膠電解液的不可燃性,該微型器件具有良好的機(jī)械柔韌性和80℃的高溫穩(wěn)定性。

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