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钟文斌教授团队在超级电容器领域取得研究进展

发布者:发布时间:2018-11-22浏览量:

柔性超级电容器为可穿戴能量存储器件的理想选择之一。当前应用于柔性超级电容器电极的主要材料包括碳材料、导电聚合物、过渡金属氧化物及其复合材料。常常采用的聚乙烯醇基水凝胶隔膜存在腐蚀性和难降解的缺陷。钟文斌课题组采用储量最多的两大天然高分子纤维素和木质素分别用作电解液隔膜和电极材料来构建可再生生物质柔性超级电容器。通过造纸废液中木质素磺酸钠与单壁碳纳米管经水热处理得到了具有压敏性能的水凝胶柔性电极材料,该水凝胶含水量高达99.6%。将该水凝胶与纤维索水凝胶组装成生物质基柔性全固态超级电容器,该电容器展现出优异的能量密度(17.1 W h kg-1 at 324 W kg-1),在弯曲角度为90°经反复弯曲1000次之后还保留了98%的初始比电容值,在柔性可穿戴储能器件极具应用潜力。该研究成果以“High-performance biomass-based flexible solid-state supercapacitor constructed of pressure-sensitive lignin-based and cellulose hydrogels”为题发表在《ACS Applied Materials & Interface(IF=8.097)上。文章的第一作者为硕士研究生彭志远,通讯作者为钟文斌教授。文章链接为https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.8b05171

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1. 生物质基柔性超级电容器的制作过程及其电化学性能图

 

能源电极材料储能性能常常采用质量单位,忽略了体积对实践应用的影响。

针对此问题,钟文斌教授课题组采用聚邻苯二胺/碳纳米管/石墨烯为前驱体,通过直接炭化构建了贝壳类叠层结构的多孔炭/碳纳米管/石墨烯。所制备的叠层炭材料具有高的氮含量(15.67 at.%)和密度(1.39 g cm-3),该超级电容器电极展现出了极高的质量与体积比电容(562.9 F g-1 and 782.4 F cm-3 at 1 A g-1)与优异的能量密度(19.79 W h kg-1 at 650 W kg-1 and 27.51 W h kg-1 at 904 W kg-1),同时也拥有很好的倍率性能以及循环稳定性。此研究成果以“Nacre-like laminate nitrogen-doped porous carbon/carbon nanotubes/graphene composite for excellent comprehensive performance supercapacitors”发表在《Nanoscale(IF= 7.233)上。文章的第一作者为博士研究生陈泽宇,通讯作者为钟文斌教授。文章链接为

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/nr/c8nr02439a#!divAbstract

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2. 多孔炭/碳纳米管/石墨烯贝壳类叠层结构的微观形貌、示意图和电化学性能

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