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必威体育88-材料学院吴孟强教授团队在《Advanced Science》发表论文

时间:2020-03-22 15:21:49作者:必威体育88|首页下载来源:佛山市必威体育88|首页下载科技有限公司
     

  近日,材料与能源学院吴孟强传授领衔的进步前辈电能源手艺研究中间在国际闻名期刊《Advanced Science》上颁发题为:“Direct Structure - Performance Comparison of All-Carbon Potassium and Sodium Ion Capacitors”(“全碳钾/钠离子电容器布局和机能对照”)的研究论文。进步前辈电能源手艺研究中间教师徐自强副研究员和博士生陈治为该论文的配合第一作者,材料与能源学院为第一作者和第一通信单元,进步前辈电能源手艺研究中间吴孟强传授、美国克拉克森年夜学David Mitlin传授为结合通信作者。

  《Advanced Science》是Wiley旗下涵盖工程学、材料科学、医学和生命科学范畴根本与利用研究的国际闻名期刊杂志之一,收录了该范畴最前沿的优异论文,2018年影响因子为12.441。

  能源可延续成长是21世纪人类面对的首要挑战之一,化石能源过度利用激发的一系列严重情况问题令人类必需要斟酌加速成长和操纵可再生能源,将传统燃油车船和空航机车动力系统电动化将是一个有用的路子,此中主要即是可再生能源的存储与转化利用。今朝,两种商用的电化学储能器件是二次电池(如锂离子电池,能量密度:约120~200Wh/Kg、功率密度:约300~500W/Kg)和超等电容器(能量密度:约5~10Wh/Kg、功率密度:约10~50KW/Kg)。前者供给高能量密度,让机车跑得远,尔后者供给高功率密度,让机车跑得快、充电快。

  进步前辈的电能存储装备方针是在一个系统中同时供给高能量和年夜功率,人们展开了“二次电池-超等电容器”复合能源系统的设计与实践,此中,高比能量的二次电池保障机车安稳功率输出时能量供给,超等电容器知足机车峰值功率需求(如启动、加快、爬坡与制动能量收受接管等工况),以免二次电池承受强迫高功率输出而耽误寿命。但是,这类单体复合式能源方案增添了系统的复杂性,需要外加昂贵的电源治理,且不成避免地增年夜设备体积。为简化起见,本世纪初人们测验考试在单一电化学储能器件中实现电池与超等电容器功能单位的复合,提出了Ultabattery(超等电池)的假想。最近几年来,离子电容器作为一种介在高能量密度的二次电池和高功率密度的超等电容器之间的新型电化学储能器件,愈来愈多地遭到科学界与工程界的存眷。

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图1 钠/钾离子电容器对照示意图

  钠/钾离子储能作为锂离子储能系统的一种潜伏低本钱替换品,正引发人们的爱好。锂在地壳中的储量为20ppm,钠(Na)和钾(K)别离为23000ppm和17000ppm。同时因为K+/K (-2.93 V vs SHE)的氧化还原电位低在Na+/Na (-2.71 V vs SHE)的氧化还原电位,基在钾离子的储能器件将比基在钠离子的储能器件具有更高的工作电压。K+相对Li+或Na+的路易斯酸较弱,使其具有较低溶剂化离子的Stokes(斯托克)半径,取得更高的离子传输数目和更高的迁徙率,对高倍率利用储能器件而言,K+在电解质中的输运也应当具有优势。鉴在此,吴孟强传授团队以硬碳和活性炭为离子电容器正负极材料,别离制备全碳钠/钾离子电容器,从布局与机能的构效关系入手,对照研究钠/钾离子的充放机电理和机能表示。

  如图2所示,此工作经由过程CV、恒流充放电、Ragone图和长轮回特征的对照,研究了全碳系统钠/钾离子电容器的机能区分。从CV对照中可以看出A-HIC-K的CV曲线外形和阳极电流中近45°的斜率,注解其具有更高阻抗。在恒流充放电表示中,即便在0.4A/g的低电流密度下A-HIC-K也有较年夜的压降,申明其在HC阳极的动力学机能差在A-HIC-Na。对照两种器件的Ragone图可以看出,功率密度在2.8KW/kg时,两种电容器能量密度别离为170Wh/kg和77Wh/kg,在功率密度到达20KW/kg以上时,A-HIC-Na仍具有93Wh/kg的能量密度,注解A-HIC-Na在HC//AC系统中具有较着的优势,同时HC//AC系统中A-HIC-Na也具有长轮回优势。该研究为下一代“双高”(高能量密度和高功率密度)全碳系离子电容器的研究与利用供给了一个新的参考。

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图2 基在K+和Na+的非对称夹杂离子电容器的机能比力

  我校是国内最早展开双电层型超等电容器研究的单元之一,可追溯到上个世纪80年月初。2014年,吴孟强传授牵头成立了“进步前辈电能源手艺研究中间”团队,致力在能源转换与存储范畴交叉性科学问题与手艺的研究,首要包罗高机能超等电容电池、高比能锂离子电池、下一代高比能锂/氧族电池、高平安固态电池、前瞻性钠/钾离子电池、多功能石墨烯、气凝胶和柔性可穿着电子/离子器件等范畴,特殊是最近几年来提出了“拓扑储能”的构思,出力在“双高”(高比能量、高比功率)、长命命、高平安的超等电容电池研究与利用,相干研究功效陆续颁发在Advanced Functional Materials、Nano Energy、ACS Energy Letters、Advanced Science、ACS Applied Materials & Interface、Carbon等能源和纳米材料范畴高程度期刊上。

  论文链接:

  https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.201802272

编纂:罗莎  / 审核:李果  / 发布者:陈伟

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