天津工业大学石墨烯超级电池获得重大突破

2016-05-05  来源:复材在线  作者:复材在线  浏览次数:1409 加入收藏   |  分享

石墨烯作为一种基础二维材料具有优异的力学、物理和化学性能,在能量存储/转换、膜法水处理等领域表现出了巨大的应用潜力。但从器件实用化角度考虑,如何让二维材料在保持其本征特性的前提下构建三维结构并避免重新聚合是拓展其应用的关...

石墨烯作为一种基础二维材料具有优异的力学、物理和化学性能,在能量存储/转换、膜法水处理等领域表现出了巨大的应用潜力。但从器件实用化角度考虑,如何让二维材料在保持其本征特性的前提下构建三维结构并避免重新聚合是拓展其应用的关键之一。

迄今,人们已经开发了多种方法来获得三维块体或膜石墨烯自组装体,如冷冻干燥法、模板制备法、直接化学气相沉积法等,但这些方法获得的三维石墨烯要么密度极低,孔隙极大(几十到几百微米),要么密度很大,比表面积主要来自微孔内表面(小于1nm的孔洞),而在纳米孔(2-100nm)范围内的三维连续石墨烯自组装体研究还是一个空白。

近期,天津工业大学康建立教授与天津大学赵乃勤教授合作在此领域取得重大突破。该成果已在线发表于Nano Energy, 2016,doi:10.1016/j.nanoen.2016.04.019。IF 10.325。他们采用了一种两步合成新方法,巧妙地避免了纳米多孔金属模板催化剂在高温下快速长大造成多孔石墨烯孔径变大的难题,首次获得了膜孔直径在1-150nm的连续多级纳米孔石墨烯膜(有效外比表面积可达954.7 m2/g)。将此石墨烯膜组装成全固态超级电容器,获得了超优异的电化学储能特性:全固态超级电容器的器件比容量高达38.2 F/cm3,能量密度和功率密度分别达到2.65mWh/cm3和20.8 W/cm3,比国际上已报道出的结果高出几倍。这主要得益于其独特的纳米多孔结构。此外,该储能器件还表现出了优异的机械性能,对折180o器件无破损且性能保持不变,这对可穿戴电子产品来说尤为重要。随着人们生活品质的逐渐提高,可折叠/可穿戴电子产品将会成为未来社会的主流,如可折叠电脑、手机以及用于监测人体健康的智能服装等将会极大改变人们的生活方式,这些产品的快速发展均离不开高性能柔性电源的支撑。康建立教授与赵乃勤教授继去年在此领域取得突破以来(ACS Nano, 2015, 9,481)再次获得重要进展,其技术的产业化将为该类产品的快速发展和升级换代提供强大的能源支持。

 

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