【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】近期，中科院合肥研究院固體所王振洋研究員團(tuán)隊(duì)在光熱增強(qiáng)型超級(jí)電容器研究方面取得進(jìn)展。相關(guān)研究成果作為封面發(fā)表在Journal of Materials Chemistry A 期刊上。
 

　　在低溫環(huán)境下，由于電解液離子擴(kuò)散受阻，超級(jí)電容器等儲(chǔ)電器件的電化學(xué)性能會(huì)急劇衰減。而利用具有光熱性能的電極材料，通過(guò)太陽(yáng)能光熱效應(yīng)實(shí)現(xiàn)器件溫度的快速上升，有望大幅提升超級(jí)電容器的低溫性能。然而，開(kāi)發(fā)兼具優(yōu)異光熱性能和高儲(chǔ)電能力的電極材料依然是一個(gè)挑戰(zhàn)。
 

　　鑒于此，研究人員采用激光誘導(dǎo)技術(shù)制備了具有三維多孔結(jié)構(gòu)的石墨烯晶體膜，并通過(guò)脈沖電沉積技術(shù)將聚吡咯均勻復(fù)合到多孔石墨烯導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部，構(gòu)筑了石墨烯/聚吡咯復(fù)合電極，其具有高比容量，且能有效利用太陽(yáng)光熱效應(yīng)實(shí)現(xiàn)電極溫度的快速上升等特點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，研究人員進(jìn)一步構(gòu)建了一種新型光熱增強(qiáng)型超級(jí)電容器，既能將電極材料充分暴露于太陽(yáng)光下，又可以對(duì)固態(tài)電解質(zhì)進(jìn)行有效保護(hù)。在-30 °C的低溫環(huán)境中，一個(gè)太陽(yáng)光照射(1 kW m-2)下，超級(jí)電容器已嚴(yán)重衰減的電化學(xué)性能可以迅速提升至室溫水平。室溫(15℃)環(huán)境中，該器件在一個(gè)太陽(yáng)光照射下表面溫度提升了45 °C。溫度提升后，優(yōu)化的電極孔隙結(jié)構(gòu)和增加的電解液離子擴(kuò)散速率，使電容器的儲(chǔ)電能力提高了4.8倍(比電容和能量密度分別達(dá)到2755.2 mF cm-2和21.55 mWh cm-3)。此外，由于固態(tài)電解質(zhì)得到很好的保護(hù)，10000次充放電后電容器的電容保持率仍高達(dá)85.8 %。
 

　　該工作相關(guān)成果已經(jīng)入選Journal of Materials Chemistry A期刊封面，為解決超級(jí)電容器低溫難題和開(kāi)發(fā)高能量密度器件提供了新思路。
 

　　上述工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金、安徽省科技重大專(zhuān)項(xiàng)、安徽省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的支持。
 

圖1.(a)光熱增強(qiáng)型超級(jí)電容器的制備過(guò)程；(b)太陽(yáng)能光熱自加熱示意圖。
 

圖2. 石墨烯/聚吡咯復(fù)合電極材料的結(jié)構(gòu)表征。
 

　　圖3. (a) 光熱型超級(jí)電容器電極結(jié)構(gòu)截面示意圖；(b) 電極材料和器件的紫外-可見(jiàn)-近紅外透過(guò)率(T)、反射率(R)和吸收光譜(A)；(c) 不同光照強(qiáng)度下器件的升溫時(shí)間曲線(xiàn)；(d) 一個(gè)太陽(yáng)光照下器件在升溫過(guò)程中的熱紅外圖像。