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中國科學院在高性能石墨烯基超級電容器研究中取得重要進展

   2013-12-23 世紀新能源網(wǎng)15090
核心提示:  超級電容器作為新型儲能器件,具有功率密度高、充電時間短、使用壽命長等優(yōu)點,但其能量密度一直受限于電極材料的性能。中科院電
  超級電容器作為新型儲能器件,具有功率密度高、充電時間短、使用壽命長等優(yōu)點,但其能量密度一直受限于電極材料的性能。中科院電工所馬衍偉課題組通過金屬鎂熱還原二氧化碳氣體,成功制備出富含孔道結(jié)構(gòu)的石墨烯電極材料。 
 
  基于此石墨烯研制的超級電容器,在水系和有機電解液中表現(xiàn)出優(yōu)異的功率特性和循環(huán)壽命,在功率密度為 1 kW/kg的時候,能量密度高達80 Wh/kg,遠高于目前商業(yè)化活性炭基超級電容器;并且當功率密度達到20 kW/kg時,能量密度仍能保持在33 Wh/kg。結(jié)果表明該石墨烯基超級電容器在高功率/高能量密度的動力儲能器件上具有廣闊的應用前景。相關成果發(fā)表在Nature旗下期刊Scientific Reports雜志(Sci. Rep., 2013, 3: 3534)。 
 
  此外,通過控制熱還原反應溫度,課題組還首次實現(xiàn)了對不同結(jié)構(gòu)碳納米材料的可控制備,其中包括管狀碳納米結(jié)構(gòu)和中空碳納米盒子。該項工作對宏量可控制備碳納米材料具有指導意義。 
 
  相關研究工作得到北京市科委和中國科學院項目的支持。 

 
  圖1:鎂熱還原制備的碳納米材料 
 
(a-b) 石墨烯透射電鏡照片;(c-d) 管狀碳納米結(jié)構(gòu)透射電鏡照片;(e-f) 中空碳納米盒子透射電鏡照片
 

 
  圖2:碳納米材料的形成機理 
 
  (A-C) 石墨烯的形成圖示;(D-E) 管狀碳納米結(jié)構(gòu)的形成圖示;(G-I) 中空碳納米盒子的形成圖示 
 
標簽: 石墨烯
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