纳米材料在超级电容器中的应用

High-Performance Supercapacitors Based on Intertwined CNT/V2O5 Nanowire Nanocomposites

中美两国的科学家们合作研发出了具有更高的功率密度(power density)和能量密度(energy density)的超级电容器,该电容器中使用到了包含碳纳米管的复合纳米材料。

 作为高效的电能储存装置,超级电容器对大规模网格储能(grid energy storage),电驱动汽车,电动工具, 移动电子设备等都是不可或缺的。

超级电容器实际上就是具有高能量密度的电化学电容器。它一般由两块导体材料(阴极和阳极),以及将两个电极隔开的绝缘体材料所构成。

传统的基于活性炭材料的对称超级电容器的能量密度往往比较有限。提高能量密度的办法之一是制造以碳材料为阴极,以金属氧化物为阳极的非对称超级电容器。但是,初步的尝试由于动力学的设计仅局限于很薄的电极薄膜,因而所获得的能量密度比较低。所以 研发同时具有高能量密度和高功率密度的级电容器仍然是材料科学家们所面临的一个难题。

来自美国加州大学洛杉矶分校和中国天津大学的研究人员们合作,将导电性能良好的碳纳米管和高容量的氧化钒编织成多孔的纤维复合材料,并将该复合材料应用到超级电容器的电极上,获得了新型的具有高能量密度和高循环稳定性的超级电容器。这种超级电容器是非对称的,包含复合材料的阳极和传统的阴极,以及有机的电解质。其中电极薄膜的厚度要比之前的报道高很多,可以达到100微米上,从而使其可以获得更高的能量密度。

由于其制备过程与传统的锂离子电池和电容器的生产过程近似,研究人员们认为这种新型电容器的可以比较容易地投入大规模生产。同时,他们也相信该项研究成果向同行们展示了纳米复合材料在高能量、高功率电子设备中的应用前景。

Z. Chen et al., Adv. Mater. 2010; DOI: 10.1002/adma.201003658

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