“青年千人”专家在超级电容器储能研究取得突破-北极星输配电网

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国家“青年千人计划”专家、华中科技大学教授王帅研究团队长期致力于柔性材料及器件的研究，近期在超快柔性储能研究方面取得突破性进展。

据了解，超级电容器具有“使用寿命长、环境适应力强、高充放电效率、高能量密度”的四大显著特点，具有广泛的应用前景。因此，超级电容器的研究受到高度关注。目前，基于碳材料的双电层电容器具有超高的功率密度，但其能量密度远低于可再充锂离子电池;而基于过渡金属氧化物的赝电容材料展现出较高的能量密度。将两者完美结合构建混杂型纳米复合材料，既能克服各自的缺点又能发挥各自的优势，有望推进高能量密度的超级电容器的工业化。

该研究团队成员吕其英博士在《纳米快报》(Nano Letters)在线刊发了关于氮掺杂碳管/金掺杂二氧化锰的全固态薄膜超级电容器的研究论文，论文题目为《Solid-State Thin-Film Supercapacitors with Ultrafast Charge/Disge Based on N-Doped-Carbon-Tubes/Au- Nanoparticles-Doped-MnO2 Nanocomposites》(NanoLett.,2015,DOI:10.1021/acs.nanolett.5b02489)。此研究是采用模板法在碳布基底上组装氮掺杂碳管/金掺杂二氧化锰的三维中空纳米复合电极，并以此电极分别组装成对称和非对称(多孔三氧化二铁纳米柱作为负极)的全固态薄膜超级电容器，充分利用纳米材料的多方面优势加速电子在活性材料中的传递，进而实现超级电容器的快速充电。这两种薄膜器件均具有较高的功率密度和能量密度，更重要的是，所组装的非对称的全固态薄膜器件可展现出超快速充电能力(10V/s)，比常规电容器的充电时间快10-100倍，能在几秒内完成充电，且在经过5000次充放电仍能保持97%的比电容。并且这种超级电容器有望与电池结合，组装成混合型超级电容器，进而实现工业化。这是国际上基于金属氧化物赝电容薄膜型超级电容器研究领域的一个重大突破。

过渡金属氧化物的赝电容材料的导电性普遍较差，严重制约了其性能以及在工业中的实际应用。吕其英博士另辟蹊径，采用电沉积方法在氧化锌纳米柱上生长金掺杂α-型二氧化锰纳米复合膜，首次解决了α-型二氧化锰导电性差的缺点，为实现α-型二氧化锰在超级电容器中应用提供了重要的理论依据和设计方向。此项研究是采用电沉积方法在氧化锌纳米柱上生长金掺杂α-二氧化锰纳米复合膜，得到电化学性能优异的三维纳米复合材料，通过理论计算进一步验证了该方法能使金原子巧妙地掺杂进入α-二氧化锰的晶格，从本质上提高了α-型二氧化锰的导电性，解决了α-型二氧化锰导电性差的缺点，实现了二氧化锰中的锰原子在能量存储过程中的充分利用，因此，其质量比电容(可达1305F/g)得到空前提高，与其理论电容值(1380F/g)非常接近。采用该纳米复合材料作为阳极、石墨烯-碳纳米管复合材料作为阴极，组装成超级电容器器件，该器件具有较宽的工作电势窗口(1.8V)和超高的能量密度(101Wh/kg)，该能量密度堪与锂电池(100~200Wh/kg)相媲美。这种金原子掺杂α-型二氧化锰的方法简单易控，可操作性强，且可以推广到更为广泛的储能研究领域，比如锂离子电池、燃料电池等。相关最新研究论文(《Ultrahigh Capacitive Performance of Three-Dimensional Electrode Nanomaterials Based on α-MnO2 Nanocrystallines Induced by Doping Au through A-Scale Channels》)被NanoEnergy接收。

原标题：“青年千人”专家王帅团队在超快柔性储能研究上取得突破性进展

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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