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高电压柔性固态超级电容器的循环伏安曲线图

2017-12-21

    日前,中国科学院电工研究所超导与能源新材料研究部马衍伟课题组采用多级次石墨烯复合电极与离子液体凝胶聚合物电解质,首次开发出具有3.5V电压窗口的高能量密度柔性固态超级电容器。研究人员通过调控电极的微观结构和引入离子液体凝胶电解质,成功制备出具有宽电压窗口的柔性固态超级电容器,有效提升了器件的能量密度。该研究为今后提高柔性固态超级电容器的能量密度提供了一种有效策略。

    该研究采用的多级次石墨烯复合电极由石墨烯和碳化的聚苯胺纳米线组成,这种复合电极材料不仅实现了一维纳米材料和二维纳米材料的多维度复合,还具有丰富的纳米孔道结构,有利于大尺寸的离子液体电解质离子在材料内部的扩散与存储。此外,该复合材料还具有2416 m2/g的大比表面积和7246 S/m的优异导电率,特别适合作为有机体系的超级电容器的电极材料。基于该电极材料和离子液体凝胶电解质薄膜组装的柔性固态超级电容器展现出高比电容(180 F/g)和良好的倍率性能,以及优异的能量密度(75Wh/kg)。充放电10000次循环后,容量仍然可以保持85%以上。此外,通过原位测试反复弯折状态下的电容性能,发现该柔性固态超级电容器显示了良好的耐弯折性能,连续弯折1000次后容量仍可以保持88%。这表明该柔性固态超级电容器不仅具有良好的电化学性能,还展现出优异的力学耐弯折性能。

高电压柔性固态超级电容器的循环伏安曲线图

    该研究是电工所团队与西南石油大学教授葛性波合作完成,相关研究结果发表于国际期刊《先进功能材料》(Adv. Funct. Mater, 2017, DOI: 10.1002/adfm.201704463)。该研究获得国家自然科学基金委、北京市科委、中科院青促会和电工所创新人才引进计划的大力支持。(来源:中国科学院电工研究所)



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