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科学研究

祝贺黄少铭和陈锡安老师指导研究生丁凤在Electrochimica Acta发表学术论文

发布时间:2019-05-05    来源:化学与材料工程学院    作者:    点击次    [点击关闭]

 

标题(中文):基于还原氧化石墨烯包裹碳纳米花具有电子和电解质离子有效传输途径的高性能超级电容器

标题(英文):High-performance supercapacitors based on reduced graphene oxide-wrapped carbon nanoflower with efficient transport pathway of electrons and electrolyte ions

刊物名称及期号、页码: Electrochimica Acta, 2019, 306: 549-557

作者姓名(中文):丁凤,余志升,陈兴,陈锡安,陈传盛,黄亚齐,杨植,邹超,杨克勤,黄少铭

作者姓名(英文):Feng Dinga, Zhisheng Yua, Xing Chena,Xi’an Chen*a, Chuansheng Chenb,Yaqi Huanga,Zhi Yanga, Chao Zoua, Ken qinYanga, Shaoming Huang*a,c

摘要(英文):Despite that a variety of carbon materials have been explored for electrochemical energy storage, rationally design the carbon structure for efficient electrons transfer and ions diffusion to further improve its performance is still a challenge. In this report, a hybrid carbon material prepared from reduced graphene oxide (RGO) and 3D N-doped carbon nanoflower (NCNF) consisting of carbon nanosheets has been fabricated by a hydrothermal treatment and freeze-drying method, and demonstrated as supercapacitor’s electrode. Benefiting from such structure design with thin porous nanosheets, interworking mesoporous channel and RGO wrapping for efficient electrolyte ions diffusion and electrons transfer, the resulting hybrid electrode displays high specific capacitance of 344 F g-1 at a current density of 0.5 A g-1 and 179 F g-1 even at 50 A g-1 in the KOH electrolyte, and 152 F g-1 at 1 A g-1 in the ionic liquid electrolyte with a wide voltage range. Significantly, the assembled symmetric supercapacitor using the N-CNF/RGO as electrode materials reaches a large energy density of 84.2 Wh Kg-1 at a power density of 1.0 kWkg-1, indicating its great potential application.

研究现状(中文):由于其高功率密度和长循环寿命,超级电容器作为一种有前景的能量存储装置适用于便携式电子产品,技术和混合动力汽车等引起了极大的关注。能量密度计算方程E = CsV2/2,取决于两个关键参数:比电容(Cs)和工作电压(V),依赖于电极材料和电解质的特性。

近年来的一些报道表明,由纳米片组成的花状超结构是提供高可及表面积和离子传输的有效途径的理想方法。另一方面,使用室温离子液体(IL)作为电解质的超级电容器在超高能量密度方面为下一代高性能储能装置提供了巨大的希望。然而,具有大离子尺寸的IL通常表现出高粘度和低导电性,严重限制离子扩散到多孔碳材料中。因此,设计具有3D互通通道的新型纳米结构多孔碳以缩短大的IL离子扩散路径长度和高可接近的比表面积以获得更多的电荷存储,同时具有良好的导电性以确保快速的电荷迁移非常重要。

在此,我们合理地制备由还原氧化石墨烯(RGO)和3D氮掺杂碳纳米花(NCNF)复合的三维杂化碳材料(N-CNF/RGO)。得益于具有薄而多孔的纳米片,互通的介孔通道获得大的比表面积,有效的电解质离子扩散和电荷转移的路径。三维杂化碳材料在KOH电解质和离子液体电解质中均提供良好的电容性能。值得注意的是,使用NCNF/RGO作为电极材料组装的对称超级电容器具有大的能量和功率密度。

创新点(中文):

  1. 研制了一种由RGO和N掺杂碳纳米花组成的新型三维杂化碳材料(N-CNF/RGO)。

  2. 设计了便捷电子和离子传输的有效路径,利于提高电容性能。

  3. 三维杂化碳材料(N-CNF/RGO)在KOH电解质中(344 F g-1, 0.5 A g-1)和离子液体电解质中(152 F g-1, 1 A g-1)均能表现出良好的电容性能。

  4. N-CNF/RGO基对称超级电容器具有大的能量和功率密度(84.2 Wh Kg-1, 1.0 kWkg-1)。

    原文链接:

    https://doi.org/10.1016/j.electacta.2019.03.155