超級(jí)電容器是一種基于雙電層吸附、表面的氧化還原反應(yīng)或體相內(nèi)離子的快速插入/脫出來實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能的新型儲(chǔ)能器件，具有長壽命、高功率密度和快速充放電等特點(diǎn)；但是其能量密度較低，不能滿足未來智能電網(wǎng)、軌道交通和消費(fèi)電子等諸多領(lǐng)域?qū)Ω吣芰棵芏瘸?jí)電容器的需求。如何提高能量密度是目前和未來超級(jí)電容器研究的重點(diǎn)之一。
在中國科學(xué)院百人計(jì)劃項(xiàng)目、中科院蘭州化學(xué)物理研究所“一三五”重點(diǎn)培育項(xiàng)目和國家自然科學(xué)基金青年基金等項(xiàng)目的資助下，蘭州化物所清潔能源化學(xué)與材料實(shí)驗(yàn)室在提高超級(jí)電容器能量密度方面取得系列進(jìn)展。
研究人員從高性能超級(jí)電容器用炭材料的微觀結(jié)構(gòu)要求和儲(chǔ)能機(jī)理出發(fā)，開發(fā)出了具有超高比表面積和優(yōu)異電化學(xué)儲(chǔ)能特性的多孔炭納米棒電極材料（Science China Chemistry, 2014, 57, 1570-1578)；以二維結(jié)構(gòu)石墨烯作為研究對(duì)象，系統(tǒng)研究了離子液體電解液的本征結(jié)構(gòu)對(duì)石墨烯電容的內(nèi)在影響機(jī)制，并建立了相應(yīng)的模型，研究結(jié)果發(fā)表在ChemSusChem（2014, 7, 3053-3062）上，并選為背封面。
研究人員通過對(duì)雙金屬鎳-鈷氧化物形貌進(jìn)行調(diào)控，開發(fā)出了具有納米片層結(jié)構(gòu)的鎳鈷金屬氧化物，該電極材料展示了良好的電容特性和倍率特征；進(jìn)一步與自行研發(fā)的高比容多孔炭材料組配，組裝出兼具高能量密度和高功率密度水系不對(duì)稱電容器（Scientific Reports, 2014, 4, 3712）。為了進(jìn)一步提高不對(duì)稱電容器的體積能量密度，提出采用高密度的氮化釩材料替代低密度的多孔炭材料的思路，并開發(fā)出了高體積密度氮化釩-氫氧化鈷水系不對(duì)稱電容器，該研究結(jié)果被選為背封面發(fā)表在Journal of Materials Chemistry A（2014, 2, 12724-12732）上。
此外，結(jié)合蘭州化物所在離子液體研發(fā)和制備上的優(yōu)勢(shì)，選用分解電壓高、環(huán)境友好型離子液體作為超級(jí)電容器電解液，開發(fā)出了具有高能量密度的二氧化錳/石墨烯復(fù)合材料基電容器（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2014, 6, 11665–11674）；首次發(fā)現(xiàn)氧化鐵在離子液體中具有良好的贗電容特性，并通過引入石墨烯來進(jìn)一步提高其電容性能，在此基礎(chǔ)上與多孔炭材料組配，設(shè)計(jì)并組裝出新型離子液體系超級(jí)電容器，該器件的工作窗口可以達(dá)到4 V，能量密度高達(dá)177 Wh/kg（J. Mater. Chem. A, 2014, 2, 14550-14556），相關(guān)工作已申請(qǐng)中國發(fā)明專利。
研究結(jié)果發(fā)表在ChemSusChem
研究結(jié)果發(fā)表在Journal of Materials Chemistry A
