【写作竞赛】基于石墨烯材料的不对称电容器取得新进展

伴随人类社会发展的日新月异,对能源的需求也飞速增长,传统的化石能源不可再生,以及全球生态环境日益恶化,清洁的、可再生的能源已经得到了当今世界的广泛关注。超级电容器的相关研究也应运而生。

超级电容器是一种介于普通电容器和二次电池之间的一种新型储能元件具有工作温度范围广、可快速充放电、使用寿命久、无污染零排放等优点。由于超级电容器具有比普通电容器更高比电容量和能量密度,而且同时具有比电池更高的功率密度,超级电容器从诞生到现在,在通讯科技、信息技术、家用电器等各种工业领域以及电动汽车、航空航天等领域都有广阔的应用前景和巨大的发展潜力。

目前,超级电容器可根据其工作原理分为双电层电容器和赝电容器。双电层电容器基于双电层理论,利用电极和电解质之间形成的界面双电层电容来储存能量。赝电容器则基于法拉第过程,即在法拉第电荷转移的电化学变化过程中产生,可以获得比双电层电容器更高的电容量和能量密度。目前,又发展了新的不对称超级电容器。在不对称超级电容器中,有效的利用了双电层电容器和赝电容器的优势,因此可以更好地提高超级电容器的有关性能。

哈尔滨工程大学范壮军教授, 国家纳米中心智林杰研究员和清华大学魏飞教授研究组共同开发出了一种基于氢氧化镍【Ni(OH)2】和石墨烯(graphene)材料的不对称超级电容器。他们将通过简便的微波方法合成得到的具有多级结构的Ni(OH)2/graphene复合材料作为正极,多孔石墨烯材料作为负极,构建了不对称电容器。无论是Ni(OH)2/graphene复合材料还是多孔石墨烯都由于具有本身独特的结构,表现出了优异的电化学性能。 因此有效地利用正负极材料本身具有的电化学性能以及它们在相互匹配过程中表现出的协同效应从而构建成不对称电容器极大的提高了整个电极的比容量,工作电位窗口,因此达成了提高能量密度的目标。值得注意的是,所得到的不对称电容器材料在保持超过90%容量的情况下实现较长时间循环,表现出了优异的循环性能,实现了较长时间的使用寿命。这一系列优异的性能都为将来基于石墨烯材料构建的不对称超级电容器投入到大量的实际应用中提供了可能。