【写作竞赛】超级电容器能量密度有望超越锂离子电池

随着传统化石能源的日趋短缺及其燃烧造成的尾气排放对环境的污染日益严重,新能源的开发和利用开始受到广泛关注,包括锂离子电池、超级电容器在内的新型储能器件成为一大研究热点,并且已经取得了令人可喜的进展。超级电容器以功率大、充放电速率快、循环稳定性高而著称,可应用于新能源汽车启动、制动、爬坡时的辅助动力。然而,能量密度低一直是它的短板,在一定程度上限制了其应用范围。

近日,中国科学院金属研究所成会明课题组提出一种可使超级电容器(SCs)能量密度达到最大化的新方法。该方法解决了以往电容器在组装时造成电极材料的容量损失和电解液电压窗口不能充分利用等问题。具体是通过电化学方法在电极内注入一定电荷,从而调节电极材料表面的化学结构,对电极电势窗口进行优化,由此提高电极的工作电压和比容量。该课题组着重研究了碳基超级电容器,尤其是利用化学方法合成的石墨烯(Graphene)来制备的超级电容器。他们发现,这种经过优化后的石墨烯基超级电容器在保留了自身大功率特质和良好的循环性能的情况下,其能量密度较原先提高了近10倍,可以与锂离子电池(LIBs)相媲美(如图所示)。

成会明课题组认为,这种方法不仅可以有效提高炭基超级电容器的能量密度,对其他电极材料,譬如金属氧化物、导电聚合物电容器也有同样效果,而且还可以应用到其他水系或者有机电解液电容器。这一方法在未来有望帮助超级电容器完成从车用辅助动力源到主动力源的角色转换。该研究工作发表在Angewandte Chemie期刊上。