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图1. n-LTO@MC复合材料合成过程。
图2. 介孔碳(MC)和n-LTO@MC复合材料SEM和TEM图像。
2、电化学性能测试
与AC//c-LTO, AC//n-LTO相比,AC//n-LTO@MC 电容器表现出优异的电化学性能。该电容器不仅超高倍率下实现快速充放电,而且超高倍率下保持较高的容量保持率。在50 ,100,500和1000C时,电容器的放电比容量分别为163,155,108和79mAh/g。100C和1000C大电流循环1000圈时,容量保持率分别为96%和90%。值得一提的是,1000C时,该电容器在1.7s 内传递了79mAh/g的可逆容量。与近几年内LTO或含LTO的复合材料为电极材料的电容器相比,该电容器的倍率性能是十分突出的。
图3. (a-b)AC//c-LTO,AC//n-LTO, and AC//n-LTO@MC 不对称电容器的倍率性能。(c) 在100C 和1000C 条件下,AC//n-LTO@MC电容器循环1000圈时电容保持率。(d)AC//n-LTO@MC 电容器电化学性能与近期文献中一些电容器对比。
3、应用
图4.(a-b)R-TENG和LICs连接线路及结构示意图。(c-d)R-TENG连接一个电流转换器(220/6)后,300r下开路电压(Uoc)和短路电流(Isc)。
图5.AC//c-LTO, AC//n-LTO, and AC//n-LTO@MC的充电时间和电容变化。(a-c)R-TENG使用相同转速(300 rpm)时,三种电容器的充电时间和不同倍率下的放电电容(50,100,150和200C)。(d-f)R-TENG使用不同转速(300,350,400,450和500rpm)时,三种电容器的对应的充电时间和相同倍率下的放电电容(50C)。
由图5结果知,用R-TENG给三种LICs 充电时,AC//n-LTO@MC表现相对优异的存储性能。同一转速下,给三种电容器充电时,AC//n-LTO@MC在最短时间(76s)内,在不同倍率下均释放出最高的电容量。在50,100,150和200 C时,放电比容量分别为155, 137, 134和128mAh/g。不同转速,同一放电倍率下放电时,AC//n-LTO@MC的放电比容量最高。
【结论】
综上所述,该文章作者利用简单,易操作的实验手段成功合成出尺寸均一的n-LTO@MC纳米颗粒,并组装成超快速的锂离子电容器。在100C和1000C 大电流条件下,155和79mA/g的可逆电容,1000次循环后仍有96% 和90%的电容保持率。更重要的时,使用纳米摩擦发电机对其充电时,实现了短时间内高效、快速充电并能保持较高容量值。该研究表明超快速锂离子电容器与纳米发电机结合有望成为新一代的自储能器件。
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