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中国科学院在高性能石墨烯基超级电容器研究中取得重要进展

2013-12-23 07:4517100世纪新能源网
  超级电容器作为新型储能器件,具有功率密度高、充电时间短、使用寿命长等优点,但其能量密度一直受限于电极材料的性能。中科院电工所马衍伟课题组通过金属镁热还原二氧化碳气体,成功制备出富含孔道结构的石墨烯电极材料。 
 
  基于此石墨烯研制的超级电容器,在水系和有机电解液中表现出优异的功率特性和循环寿命,在功率密度为 1 kW/kg的时候,能量密度高达80 Wh/kg,远高于目前商业化活性炭基超级电容器;并且当功率密度达到20 kW/kg时,能量密度仍能保持在33 Wh/kg。结果表明该石墨烯基超级电容器在高功率/高能量密度的动力储能器件上具有广阔的应用前景。相关成果发表在Nature旗下期刊Scientific Reports杂志(Sci. Rep., 2013, 3: 3534)。 
 
  此外,通过控制热还原反应温度,课题组还首次实现了对不同结构碳纳米材料的可控制备,其中包括管状碳纳米结构和中空碳纳米盒子。该项工作对宏量可控制备碳纳米材料具有指导意义。 
 
  相关研究工作得到北京市科委和中国科学院项目的支持。 

 
  图1:镁热还原制备的碳纳米材料 
 
(a-b) 石墨烯透射电镜照片;(c-d) 管状碳纳米结构透射电镜照片;(e-f) 中空碳纳米盒子透射电镜照片
 

 
  图2:碳纳米材料的形成机理 
 
  (A-C) 石墨烯的形成图示;(D-E) 管状碳纳米结构的形成图示;(G-I) 中空碳纳米盒子的形成图示 
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