Advanced Energy Materials:基于结构工程化量子点电极材料的高性能非对称微型超级电容器

近年来,随着小型化、集成化、便携式/可穿戴式等电子产品的不断涌现,但是与之相匹配的储能器件的发展远远滞后于这个趋势。因此,迫切需要开发与上述电子产品高度兼容的具有高储能密度、长循环寿命、超快频率响应能力的微型储能器件。

微型超级电容器(MSCs)由于具有充放电速率快、功率密度高、循环寿命长等优点,被认为是一种极有前景和竞争力的微型储能器件。特别是,其可以有效地克服微型电池功率密度低、电解电容器能量密度不高的缺点,并有望作为一种新型的储能装置与便携式/可穿戴式等电子器件进行集成。电极材料作为微型超级电容器的核心组成,极大地决定了其最终的性能。近年来虽然围绕微型超级电容器电极材料的设计和开发取得了一定的进展,但仍有许多问题亟需进一步解决(如低的能量密度,窄的工作电压窗口以及慢的频率响应能力)。目前,如何有效地设计和制备一种先进的电极材料,进而赋予所获得的微型超级电容器优异的性能仍然是一个挑战。

 鉴于上述问题,近日,加拿大滑铁卢大学化工学院陈忠伟教授、余爱萍教授通过表面和结构工程化策略构建了一种基于氮掺杂石墨烯量子为负极和二硫化钼量子点为正极的非对称高性能微型超级电容器。该微型超级电容器正负极均以量子点为电极材料,由于上述量子点高的比表面积、丰富的边缘和结构缺陷、丰富的官能团、以及量子和边界效应,从而赋予所制备的微型超级电容器以优异的电化学性能,如宽的工作电压窗口(1.5 V), 超高的倍率性能,超快的频率响应能力(0.087 ms),高能量密度以及长的循环寿命 (10000次后仍保持89.2%的初始容量)。 该工作为简单高效制备高性能微型超级电容器提供了一种新的设计策略,并为其它量子点材料在电化学能量存贮中的应用提供了借鉴。相关结果发表在Advanced Energy Materials (DOI: 10.1002/aenm.201903724)上。