碳化钛纳米线:一种具有良好宽温特性的超快超电容材料

作为一种新型绿色的储能器件,超级电容器的研究和应用领域正在不断的扩大。目前,具有良好宽温特性的超电容已成为研究热点。作为超级电容器的一部分,电解液的选择也很重要。由于水系电解液存在高温析氧析氢以及低温冰冻等问题会对电容性能带来致命影响,因此有机电解液特别是离子液体电解液是一种很好的应用选择。尽管离子液体的工作电压和工作温度范围较宽,但是要设计与之相适应的电极材料仍具有较大的挑战性。要解决温度问题,电极材料必须具有良好的耐温特性、高导电性、一定的机械强度以及较高的比表面积。因此,研究和发展高导电性、高化学稳定性的纳米阵列结构电极对宽温超快电容的发展至关重要。

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近年来,碳化钛因其高电导率、优异的化学稳定性和机械稳定性而受到关注。近期,浙江大学材料学院夏新辉研究团队以柔性碳布为基底,通过简单的化学气相沉积法合成碳化钛 (TiC) 纳米线阵列电极,然后以离子液体1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(EMIMBF4)为电解液,组装成对称双电层超级电容器,并对其超电容的温度效应和超快储能效应进行了详细的研究。TiC纳米线均匀密集地分布于碳布之上,其长约3-6 μm,直径约20-40 nm。通过四点探针技术,发现所制备的TiC纳米线拥有非常高的电导率(105 S m−1),有利于电子快速传输,并且该材料具有良好的化学稳定性。对该器件在不同温度(-25 oC 到60 oC)下进行性能测试,在10 A g−1的电流密度下,经过50000次循环之后,60℃的容量保持率为96.8%,25 oC为99%,-25 oC为98%,充分体现了TiC纳米线材料优异的宽度高倍率超电容特性。此外,该器件表现出超快的电荷平衡能力(0.7ms)。 相关成果发表在Small(DOI: 10.1002/smll.201602742)上。