纳米多孔复合结构设计能够获得高比电容大容量超级电容器

超级电容器具有功率大、充放电速度快和循环稳定性高等优点,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。提高超级电容器能量密度的主要途径之一是提高电极材料的比电容。目前,常用的碳基电极材料的比电容一般只有100-120 F/g,能量密度仅有4-5 best online casino Wh/kg。而基于法拉第过程的赝电容电极材料(如金属氧化物、导电聚合物)则具有较高的理论比电容,有望获得高的能量密度,但除了少数几种贵金属氧化物(如RuO2)外,大部分过渡金属氧化物的导电性差,只有在低载荷(小于10μg/cm2)情况下才能实现较高的比电容,当载荷增大时,电极的比电容会急剧下降,从而使超级电容器总容量无法满足商业化应用。

来自日本东北大学的陈明伟教授课题组通过纳米多孔复合结构设计,使大载荷赝电容电极(MnO2)实现了超高比电容。即利用去合金化方法制备的双联通纳米多孔金属作为载体和集流体,MnO2填充进纳米多孔金属的孔洞中和装载在两侧外表面,使在相同载荷下,电极的比电容比传统电极提高了2-5倍,这主要是由于高导电的纳米多孔金属增强了MnO2电极中离子/电子的传导速率。而且MnO2根植于纳米多孔金属的孔洞中,减弱了充放电时活性材料由于体积膨胀收缩所引起的机械失效,从而使电极的循环稳定性获得明显提高。这一新型结构设计,使赝电容电极材料在保持超高比电容的前提下,有效提高了电极中活性材料的载荷量,从而实现了总电容量的提高,为进一步获得高能量密度大容量超级电容器提供了可能。相关工作已在线发布于Adv. Energy Mater. (doi/10.1002/aenm.201201046)