[00117519]高比容量超级电容器电极材料

超级电容器具有功率密度高、循环寿命长、能瞬间大电流快速充放电、工作温度范围宽、安全、无污染等特点,在许多场合有着独特的应用优势,其最令人瞩目的应用还属正在蓬勃发展的电动汽车上。当前,超级电容器发展的主要任务是：提高功率密度以巩固其性能优势,提高能量密度以缩小与二次电池的差距,降低成本以推广其使用。电极材料是超级电容器的关键和核心,其性能决定了超级电容器的主要性能指标。在超级电容器电极材料方面,我们主要作了以下创新性的工作： （1）探索了以廉价生物质衍生物（如：氨基葡萄糖、壳聚糖）为原料,利用低能耗和绿色可持续性的合成方法,成功合成了功能化纳米炭材料和复合材料,并对这些材料的形貌、孔调变及表面修饰进行了研究。其中通过化学活化水热炭材料的方法可以得到高比表面积的氮掺杂的微孔炭材料。材料的超级电容器性能研究结果表明：相比于以石油产品为原料在很高温度下合成的高比表面积的微孔炭材料（S＞1000 ㎡/g, C＜200 F/g）,氮掺杂的微孔水热炭材料虽然具有相对较低的比表面积（S～570 ㎡/g）,但却具有优异的超级电容器性能（300 F/g）,而且这些新型材料具有很高的循环稳定性。相关工作发表在Advanced Materials, 2010, 22： 5202-5206上,同时获得了两项授权发明专利（ZL201010173760.4和ZL200910243306.9）。该文发表后,被Nature Publishing Group （NPG） Asia Materials作为研究亮点进行了报道。 （2）针对导电聚合物作为超级电容器电极材料循环稳定性差的缺点,我们创新性的采用块状的多孔铸型炭取代粉末状炭材料作为导电聚合物载体用于制备复合型超级电容器电极材料。该结构设计既利用了炭材料双电层电容器高功率和循环稳定性高的优点,又大幅度提高了导电聚合物活性电极材料准电容的利用率,从而很大程度上提高了电极材料的比容量以及循环稳定性。对导电聚苯胺活性材料而言,当电流密度0.67 A/g时,其比电容可以达到2200 F/g,整个铸型炭/聚苯胺电极材料的比电容为360 F/g。另外,该方法还可以简化器件组装工艺。相关成果发表在Advanced Functional Materials, 2007, 17： 3083-3087.上,并获得了一项国家授权发明专利（ZL200710098498.X）。该文发表后受到了同行的高度关注,包括国际权威刊物Adv. Mater., J. Am. Chem. Soc., ChemSusChem, ACS Nano, Nature Commun.等在内的一系列论文对该材料作了肯定性的评价,特别是发表在ChemSusChem及Adv. Mater.的综述文章对该材料进行了大篇幅的引用报道。 （3）创新性的通过采用新型的掺杂剂、氧化剂以及优化制备工艺参数,采用电化学方法合成了具有超高比容量的纳米导电聚吡咯超级电容器电极材料,工作发表在Electrochemistry Communication., 2006, 8（6）： 937-940上,并收到国内外的高度关注。