混合型超级电容器负极材料新进展

近几年来,混合型电容器的正极材料得到了快速的发展,而负极材料的发展则相对缓慢。碳材料由于比表面积高、导电性优异和功率密度高在混合型超级电容器中被广泛用作负极材料。然而,碳材料较小的电容一直制约着混合型超级电容器的能量密度。与碳材料相比,三氧化二铁(α-Fe2O3)不但具有较高的电容性能和合适的负电位工作区间,而且资源丰富、价格低廉、环境友好,因而是一种极具发展潜力的高性能负极材料。然而,由于它的弱电导性(10−14 S/cm),导致其倍率性能、能量密度及功率密度偏低和稳定性较差,严重制约着它在高性能混合型超级电容器中的广泛应用。

最近,在童叶翔教授课题组的卢锡洪讲师指导下,中山大学化学与化学工程2011级本科生曾银香等同学通过在α-Fe2O3纳米棒中引入适量氧空位,成功地解决了α-Fe2O3纳米棒材料的导电性差、电化学性能低及循环寿命短的问题。研究结果表明,引入氧空位后,α-Fe2O3纳米棒的载流子浓度提高了约一个数量级;其电容性能增加两倍,在扫速为10 mV/s下,体积电容器达到6.9 F/cm3。进一步地以所制备的氧缺陷型的α-Fe2O3纳米棒负极和MnO2为正极,成功地研制了一种稳定工作电压为1.6 V,能量密度达到0.41 mWh/cm3的柔性固态混合型超级电容器。该工作丰富了混合型超级电容器负极材料。

上述研究工作得到了国家自然科学基金、国家基础科学人才培养基金和中山大学青年教师起步资助计划的资助。

来源:中山大学化学与化学工程学院