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近十年超级电容器领域的重大突破

2017-03-16 09:46:17 来源:网络
石墨烯基电极的超级电容器在室温下显示出优异的比能量密度85.6Wh/kg,80℃下可达136Wh/kg,这些能量密度可以和镍金属氰化物电池的值相比。制备弯曲石墨烯片层重要的关键是要充分利用内在比电容和单层石墨烯的比表面积。弯曲形态确保了中孔的形成在大于4V的工作电压下可以通过离子液体。

通讯作者张博增,纳米石墨烯专家,中央"千人计划"专家。美国莱特州立大学(Wright State University)的工程与计算科学学院教授。1982-2002在Auburn University曾先后担任助理研究员、教授,2002-2005在North Dakota State University任教授,2005至今,在美国莱特州立大学(Wright State University)的工程与计算科学学院任教授和院长。主要从事材料科学与新材料制备方面的研究工作,获得100多项美国专利,在国际会议和学术杂志上发表300多篇学术论文,曾任Science and Engineering of Composite Materials, an international journal、International Materials Review杂志国际编委和the Journal of Manufacturing Systems and the Journal of Manufacturing Processes杂志副主编,兼职于美国多个大学、研究单位和国际学术组织。

文献五Ni(OH)2 Nanoplates Grown on Graphene as Advanced Electrochemical Pseudocapacitor Materials.

( J. Am. Chem. Soc., 2010, DOI: 10.1021/ja102267j) 被引频次:1118

图6 Ni(OH)2/GS 复合材料的SEM和TEM图片

Ni(OH)2纳米晶体上生长不同氧化程度的石墨烯片层作为电化学赝电容材料是一种十分有潜力的储能应用材料。单晶Ni(OH)2六边形纳米片直接生长在轻度氧化、表面导电的石墨烯片层上,复合材料显示出高的比电容约为1335F/g和优异的循环性能。高的比电容和快速的充放电能力很有前途应用于能量密度和功率密度超高的超级电容器。预制备Ni(OH)2六边形纳米片和石墨烯进行一个简单的物理混合显示出较低的比电容,凸显出直接在石墨烯纳米材料的重要性,赋予了活性纳米材料和导电石墨烯网络之间紧密的相互作用和有效电荷传输。单晶Ni(OH)2六边形纳米片直接生长在石墨烯片层上的性能要优于在小的Ni(OH)2纳米颗粒上生长高度氧化的、电绝缘的网状石墨烯。

通讯作者 戴宏杰,男,1966年5月出生于湖南邵阳,斯坦福大学终身教授,国际著名纳米技术专家,湖南大学客座教授。2009年当选美国科学与艺术学院院士,2011年当选美国科学促进会会士,2004年获得"裘利斯史普林格应用物理奖",2011年2月10日,入选2000-2010年全球顶尖一百化学家名人堂榜单,总排名第7,华人排名第1。长期从事碳纳米材料的生长合成、物理性质研究、纳米电子器件研发,以及纳米生物医学以及能源材料等方面的研究,在上述领域都取得了卓越的成就,并获得了广泛的影响,是国际碳纳米材料研究领域的领军人物之一。

文献六Carbon-Based Supercapacitors Produced by Activation of Graphene.

(Science, 2011, DOI: 10.1126/science.1200770) 被引频次:2253

图7 微波剥离还原GO示意图

超级电容器在广泛使用的过程中由于其低能量密度和相对较高的有效的串联电阻而受到限制,使用电化学活化方法来剥离石墨烯,研究者们合成了一种比表面积高达3100m2/g的多孔碳,这种材料具有高的导电率和低的氧氢含量,靠sp2键结合的碳具有连续且高度弯曲的三维网状结构,原子层墙最初的形成厚度为0.6-5纳米宽度的孔隙,使用这种碳材料组装的两电极超级电容器有着高的质量电容和高能量密度,而且文章中的方法甚至可以发展到产业化中。

注:【通讯作者Ruoff教授,同文献1】

文献七3D Graphene_Cobalt Oxide Electrode for High-Performance Supercapacitor and Enzymeless Glucose Detection.

(ACS Nano, 2012, DOI: 10.1021/nn300097q) 被引频次:689

图8 3D石墨烯/Co3O4纳米线复合材料

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