高電壓水系酸性對(duì)稱超級(jí)電容器取得新進(jìn)展
可穿戴便攜式電子產(chǎn)品的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用激發(fā)了高效電化學(xué)儲(chǔ)能設(shè)備的開(kāi)發(fā)和研制。憑借高功率密度、快充放電能力和出色的循環(huán)穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn), 超級(jí)電容器正作為一種新型的功率補(bǔ)償和儲(chǔ)能裝置沖擊著電子市場(chǎng)。大多數(shù)商品化超級(jí)電容器為有機(jī)系對(duì)稱型超級(jí)電容器。與有機(jī)電解液（~1×10−3 S cm−1）相比，酸性水系電解液因具有成本低、安全、環(huán)境友好、電導(dǎo)率高（＞1 S cm−1）和無(wú)工作環(huán)境要求等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。但除了價(jià)格昂貴的二氧化釕及容量低的碳材料，目前極少有材料能滿足需求，且較低的水分解電壓（1.23 V）進(jìn)一步限制了水系超級(jí)電容器的能量密度。
圖1. 基于石墨烯納米片負(fù)載的Ti2Nb10O29-x電極材料的水系酸性對(duì)稱超級(jí)電容器
近日，我院盧錫洪副教授、童葉翔教授團(tuán)隊(duì)和浙江大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院夏新輝研究員合作開(kāi)發(fā)出了一種穩(wěn)定且可實(shí)現(xiàn)高電壓的氧缺陷型鈦鈮氧化物電極。通過(guò)水熱反應(yīng)及還原性氣氛熱處理得到石墨烯納米片負(fù)載的Ti2Nb10O29-x電極材料（TNOxG）。隨著電荷轉(zhuǎn)移效率和H+擴(kuò)散速率的提升，TNOxG中的氧缺陷能激發(fā)更多贗電容；同時(shí)抑制析氧反應(yīng)的發(fā)生，有效拓寬電位窗口。在1 M H2SO4中，TNOxG單電極具1.8 V的寬電位窗口及368.9 F g-1（0.5 A g-1）的高比容量。制備的1.4 V高電壓準(zhǔn)固態(tài)對(duì)稱電容器可在0.57W cm−3的功率密度下實(shí)現(xiàn)最大0.58 mWh cm−3的能量密度，并在20000圈循環(huán)測(cè)試下保持穩(wěn)定（圖1）。這一氧缺陷調(diào)制優(yōu)化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的策略，將為進(jìn)一步改善水系酸性超級(jí)電容器的性能提供新思路。相關(guān)成果以“Oxygen Defect Modulated Titanium Niobium Oxide on Graphene Arrays: An Open-Door for High-Performance 1.4 V Symmetric Supercapacitor in Acidic Aqueous Electrolyte”為題發(fā)表在國(guó)際重要學(xué)術(shù)刊物《Advanced Functional Materials》(Xiyue Zhang, Shengjue Deng, Yinxiang Zeng, Minghao Yu, Yu Zhong, Xinhui Xia,* Yexiang Tong,* and Xihong Lu*, Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1805618)上，我院18級(jí)博士生張熙悅同學(xué)為第一作者。
該研究工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、廣東省自然科學(xué)杰出青年基金、廣東省特支計(jì)劃科技創(chuàng)新青年拔尖人才項(xiàng)目、廣州市珠江科技新星專項(xiàng)等項(xiàng)目的資助。
論文鏈接： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.201805618
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