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基于分级结构碳材料的超高能量密度超级电容器

张跃钢  
【摘要】:由于便携式电子器件突飞猛进的发展,柔性储能器件因其能够实现能量供给的同时兼具柔性、超薄甚至透明特性而广受关注。碳材料是一个理想的选择来构建柔性的双电层超级电容器,它具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。我们研究团队利用聚乙烯基吡咯烷酮作为碳源来制备分级结构的碳管/碳纤维复合碳材料。在水性电解液中,使用这种分级结构的纳米复合物构建的双电层超级电容器可以获得接近于7.5 Wh/Kg能量密度,远远大于单纯碳纤维的能量密度(4.8 Wh/Kg)。更值得关注的是,在离子液体电解液中,它的室温能量密度大大地提高到70.7 Wh/Kg,在60oC时,它输出的能量密度甚至可以达到~100 Wh/Kg,已与锂离子电池相差不远了。更重要的是,在20000次循环后,它的容量仍旧可以保持在97%以上。这些研究成果表明利用多级分叉的碳材料的复合物电极可作为一个简单且高效的策略提升超级电容器的性能,从而为高容量、长循环、易加工的能源储存器件开发提供了一种新思路。

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