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到如今，超級(jí)電容器已經(jīng)較為成熟，這種介于電容器與電池之間的一種產(chǎn)品已被人熟知。而鋰離子電容器就是一種介于鋰離子電池和超級(jí)電容器之間的一種儲(chǔ)能器件，其主要原理就在于通過(guò)負(fù)極預(yù)先摻雜鋰離子，使得負(fù)極電位幾乎與鋰電位相匹配，由此可以顯著提升器件的工作電壓到3.8甚至4V以上。
鋰離子電容器這種混合電容器，不僅擁有可以反復(fù)充放電的雙電層電容器，同時(shí)還具備鋰離子二次電池的高容量密度，還擁有在85℃環(huán)境下也可使用的高溫可靠性，并且鋰離子電容器不含會(huì)污染環(huán)境的重金屬，是一種環(huán)保電容器。
鋰離子電容器作為一種有效結(jié)合鋰離子電池與超級(jí)電容器的新型電化學(xué)儲(chǔ)能器件，有效彌補(bǔ)了鋰離子電池和超級(jí)電容器之間的性能差異。電極材料作為鋰離子電容器的重要組成部分，是影響鋰離子電容器性能的關(guān)鍵因素。
精細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程被認(rèn)為是提高電極材料電化學(xué)性能的有效方式之一。近日，中國(guó)科學(xué)院電工研究所研究員馬衍偉團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員吳忠?guī)?，提出了一種通用靜電自組裝策略，他們?cè)谶€原氧化石墨烯上原位生長(zhǎng)了MnO復(fù)合納米材料(rGO/MnO)，并通過(guò)深入的原位實(shí)驗(yàn)表征以及理論計(jì)算，證實(shí)了這種復(fù)合納米材料的異質(zhì)結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的界面作用和良好的儲(chǔ)鋰動(dòng)力學(xué)。
并且由于rGO/MnO復(fù)合納米材料具有高電荷轉(zhuǎn)移速率、豐富的反應(yīng)位點(diǎn)以及穩(wěn)定的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，基于rGO/MnO復(fù)合納米材料制備的電極具有高比容量、優(yōu)異的倍率性能以及長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定性。因此這種復(fù)合納米材料可作為高性能鋰離子電容器理想的負(fù)極材料。
通過(guò)將這種高性能石墨烯基復(fù)合材料作為負(fù)極與活性炭正極進(jìn)行組裝，研究團(tuán)隊(duì)成功制備出了柔性固態(tài)的鋰離子電容器。在測(cè)試后發(fā)現(xiàn)，這一電容器基于電極活性材料總質(zhì)量的能量密度最高達(dá)到194Wh/kg，功率密度最高可達(dá)40.7kW/kg。
這是迄今為止所報(bào)道柔性固態(tài)鋰離子電容器能量密度和功率密度的最高值。在10000次充放電循環(huán)后，鋰離子電容器的容量保持率可達(dá)77.8%，并且安全性能高。研究團(tuán)隊(duì)表示，這一項(xiàng)研究提出的金屬氧化物/石墨烯復(fù)合材料設(shè)計(jì)策略在高能量密度和高功率密度的柔性鋰離子電容器中具有很好的應(yīng)用前景。相關(guān)研究成果發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》上。
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