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鈦酸鈉牽手石墨烯打造高能量、高功率微型電容器

時間:2019-11-15 09:17:54  來源:新華網 放大 縮小 默認

  把海膽狀的鈦酸鈉作為負極,多孔活化石墨烯作為正極,當它們結合時會產生怎樣的“火花”?記者近日從中國科學院大連化學物理研究所獲悉,該所吳忠帥研究員團隊與包信和院士團隊合作,讓“海膽”與石墨烯結合,開發出具有高能量密度、高耐熱性能的柔性鈉離子微型超級電容器。

  微型傳感器、微型機器人、自供電微系統等都離不開微型電化學儲能器件,該器件主要是指一類電極尺寸在微米范圍內的小型化電源,被認為是柔性化、微型化、智能化集成電子產品的關鍵電源,目前主要分為微型電池和微型超級電容器,以及近年來出現的雜化微型超級電容器。

  據介紹,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。而雜化微型超級電容器則結合了微型電池的高能量密度以及微型超級電容器的高功率密度的優點,成為一種新型的微型電化學儲能器件,這其中比較有代表性的就是鋰離子微型超級電容器。

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

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

  研發人員介紹,該鈉離子微型超級電容器具有多方向快速離子擴散通道,極大地降低了電荷轉移電阻,并顯著提高了功率密度。同時,由于器件的平面幾何結構和離子凝膠電解液的不可燃性,該微型器件具有良好的機械柔韌性和80℃的高溫穩定性。(記者郝曉明)

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