“电容器”迄今为止能量密度和功率密度最高值！高性能石墨烯基锂离子电容器出世

时间：2022-09-21 18:07:16来源：化工仪器网

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到如今，超级电容器已经较为成熟，这种介于电容器与电池之间的一种产品已被人熟知。而锂离子电容器就是一种介于锂离子电池和超级电容器之间的一种储能器件，其主要原理就在于通过负极预先掺杂锂离子，使得负极电位几乎与锂电位相匹配，由此可以显著提升器件的工作电压到3.8甚至4V以上。

锂离子电容器这种混合电容器，不仅拥有可以反复充放电的双电层电容器，同时还具备锂离子二次电池的高容量密度，还拥有在85℃环境下也可使用的高温可靠性，并且锂离子电容器不含会污染环境的重金属，是一种环保电容器。

锂离子电容器作为一种有效结合锂离子电池与超级电容器的新型电化学储能器件，有效弥补了锂离子电池和超级电容器之间的性能差异。电极材料作为锂离子电容器的重要组成部分，是影响锂离子电容器性能的关键因素。

精细的结构设计工程被认为是提高电极材料电化学性能的有效方式之一。近日，中国科学院电工研究所研究员马衍伟团队联合中国科学院大连化学物理研究所研究员吴忠帅，提出了一种通用静电自组装策略，他们在还原氧化石墨烯上原位生长了MnO复合纳米材料(rGO/MnO)，并通过深入的原位实验表征以及理论计算，证实了这种复合纳米材料的异质结构具有较强的界面作用和良好的储锂动力学。

并且由于rGO/MnO复合纳米材料具有高电荷转移速率、丰富的反应位点以及稳定的异质结构，基于rGO/MnO复合纳米材料制备的电极具有高比容量、优异的倍率性能以及长循环稳定性。因此这种复合纳米材料可作为高性能锂离子电容器理想的负极材料。

通过将这种高性能石墨烯基复合材料作为负极与活性炭正极进行组装，研究团队成功制备出了柔性固态的锂离子电容器。在测试后发现，这一电容器基于电极活性材料总质量的能量密度最高达到194Wh/kg，功率密度最高可达40.7kW/kg。

这是迄今为止所报道柔性固态锂离子电容器能量密度和功率密度的最高值。在10000次充放电循环后，锂离子电容器的容量保持率可达77.8%，并且安全性能高。研究团队表示，这一项研究提出的金属氧化物/石墨烯复合材料设计策略在高能量密度和高功率密度的柔性锂离子电容器中具有很好的应用前景。相关研究成果发表在《先进功能材料》上。