可超快充放电的超级电容材料:玉米状TiN纳米结构

as超级电容器具有充放电速度较快(一般为0.1 mV s-1到1 V s-1)、功率密度较高、超长循环寿命及性能安全等优点,是一种介于传统电容器和电池之间的新型储能器件。最近,越来越多的研究工作关注于可以在超快充放电速率下(高于1 V s-1)工作的超级电容器。这种超级电容具有两个明显特点:从结构上看一般是具有叉指电极的微型电容器,而电极材料上一般以碳基材料为主。进一步提高超级电容器的充放电速率仍然是一个具有挑战的研究方向。对于一般的超级电容器,特别是赝电容,他们还面临漏电流较大和自放电现象明显的问题。

近日,暨南大学麦文杰研究员课题组与新加坡南洋理工大学范红金教授课题组合作,利用原子层沉积技术,合成了一种玉米状多孔的TiN纳米结构。以这种TiN为电极材料的纽扣型超级电容器,可承受超快的充放电速率(100 V s-1),其特征频率在40-80 Hz之间,打破了以往这类超级电容器在结构和材料上的限制。根据先前的研究,TiN具有很好的导电性,仅略低于金属,我们相信这对超快充放电特性起到极其关键作用;其次,在TiN表面的官能团可能促进超快的电化学储能反应。值得注意的是,这种具有超快充放电速率的超级电容器的漏电流只有~1 µA, 因此自放电现象被有效抑制,其性能已经可以和碳基超级电容媲美。由此可见,本研究成果为超快速率充放电的超级电容器研究开辟了一个新的道路。

相关成果发表在最新开源期刊Advanced Science (DOI: 10.1002/advs.201500299)。 该工作得到了国家自然科学基金、广东省自然科学杰出青年基金等项目资助。