具有多离子通道的超级电容器电极材料

超级电容器以其高功率密度、长循环寿命和较宽的工作温度范围等性能优势,在众多储能器件中占有重要位置。基于静电纺丝技术制备的碳纳米纤维,其导电性好、比表面积高,同时成本低廉,作为可穿戴超级电容器的电极材料受到广泛关注。然而,这类碳纳米纤维多数具有实心结构,导致离子的扩散效率较低,严重制约了材料的孔隙利用率。

国家纳米科学中心智林杰研究员课题组在减小离子扩散阻力,提高材料孔隙利用率方面取得重要进展。他们利用静电纺丝技术,通过前驱体的多组分设计,制备出轴向具有连续多通道的碳纳米纤维交织而成的自支撑的碳纤维膜,该纤维膜可直接用于组装超级电容器。与普通的碳纤维膜相比,这种由多通道碳纳米纤维所组成的膜具有多离子通道,即纤维之间的大通道及其内部的小通道。当碳纤维的内部管道被电解液浸润之后,离子可以同时从纤维外表面和管道内表面向管壁扩散,从而显著减小了离子的扩散距离和扩散阻力,提高了材料的孔隙利用率。所组装的电容器恒流充放电的测试结果表明:在电流密度为5A/g时,多通道碳纳米纤维膜的容量可达220 F/g, 在10000次循环之后其容量保持率高达99%。相关的研究结果发表在最近的small上。

 该项工作所构筑的多离子通道结构,不仅可以显著提高超级电容器中电极材料的表明利用率,而且为改善器件的整体动力学行为提供了新的思路。

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