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中科院研製出石墨烯超強電池

作者: 來源: 日期:2016-09-12 10:30:08 人氣:1302
中科院上海矽酸鹽所透露,該所科學家已研製出一種高性能超級電容器電極材料——氮摻雜有序介孔石墨烯。該材料可用作電動車的“超強電池”,充電隻需7秒鍾,即可續航35公裏。


  世界頂級學術期刊《科學》發表了中科院上海矽酸鹽研究所研製出一種新型石墨烯材料的重要研究成果。據中科院上海矽酸鹽所透露,該所科學家已研製的高性能超級電容器電極材料——氮摻雜有序介孔石墨烯具有極佳的電化學儲能特性,可用作電動車的“超強電池”:充電隻需7秒鍾,即可續航35公裏。


  超級電容器,是介於傳統電容器和電池之間的一種電化學儲能裝置。由於具有功率密度高、循環壽命長、安全可靠等特點,現已廣泛應用於混合電動汽車、大功率輸出設備等多個領域,形成一個非常可觀的市場規模,近年來保持近20%的全球增長率,產業前景突出。但現有超級電容器仍受限於低能量密度(商用活性炭:5–7瓦時/公斤),遠不如鋰電池(>80瓦時/公斤),原因在於較低的比容量(<250法拉/克)。如何讓超級電容器兼具高功率、高能量,長期以來科學家並沒有找到理想材料。


  為破解這一難題,中科院上海矽酸鹽所與北京大學、美國賓夕法尼亞大學合作研究,黃富強研究員、陳一葦教授、林天全博士等設計合成的一種氮摻雜的有序介孔石墨烯,具有極佳的電化學儲能特性,比容量高達855法拉/克。


  黃富強介紹,與傳統電極材料相比,石墨烯有四大突出優勢:其一,高比表麵積有利於產生高能量密度;第二,超高導電性有利於保持高功率密度;第三,化學結構豐富有利於引入贗電容,提高能量密度;第四,特殊的電子結構有利於優化結構與性能關係。


  組裝成的對稱器件能快速充電和快速放電,不亞於商用碳基電容器。它的優性源於:氮摻雜誘生了氧化還原反應,也增加了電化學儲能活性,又沒有降低材料的高導電率。所研製的對稱器件在水溶液中工作安全無毒,能量密度為41瓦時/公斤(基於活性物質為63瓦時/公斤),功率密度達到26千瓦/公斤(基於活性物質為44千瓦/公斤)。不僅能實現了高能量密度、高功率密度,而且還可以通過使用水基電解液,做到無毒、環保、價格低廉、安全可靠。該新型石墨烯超級電容器體積輕巧,可實現規模生產。


  據介紹,該新型石墨烯超級電容器體積輕巧、不易燃也不易爆,可采用低成本製備,實現規模生產。因性能較鉛酸、鎳氫等電池有明顯的競爭優勢,且在快速充放方麵又遠遠優於鋰電池,因此該“超級電池”可廣泛應用於現有混合電動汽車、大功率輸出設備的更新換代。


  據權威專家表示,因性能較鉛酸、鎳氫等電池有明顯的競爭優勢,在快速充放方麵又遠遠優於鋰電池,該新型石墨烯超級電容器的研製成功對推動我國超級電容器的行業發展,提升行業競爭優勢,具有重要的意義。
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