高電壓柔性固態超級電容器的迴圈伏安曲線圖
日前, 中國科學院電工研究所超導與能源新材料研究部馬衍偉課題組採用多級次石墨烯複合電極與離子液體凝膠聚合物電解質, 首次開發出具有3.5V電壓窗口的高能量密度柔性固態超級電容器. 研究人員通過調控電極的微觀結構和引入離子液體凝膠電解質, 成功製備出具有寬電壓窗口的柔性固態超級電容器, 有效提升了器件的能量密度. 該研究為今後提高柔性固態超級電容器的能量密度提供了一種有效策略.
該研究採用的多級次石墨烯複合電極由石墨烯和碳化的聚苯胺納米線組成, 這種複合電極材料不僅實現了一維納米材料和二維納米材料的多維度複合, 還具有豐富的納米孔道結構, 有利於大尺寸的離子液體電解質離子在材料內部的擴散與存儲. 此外, 該複合材料還具有2416 m2/g的大比表面積和7246 S/m的優異導電率, 特別適合作為有機體系的超級電容器的電極材料. 基於該電極材料和離子液體凝膠電解質薄膜組裝的柔性固態超級電容器展現出高比電容 (180 F/g) 和良好的倍率性能, 以及優異的能量密度 (75Wh/kg) . 充放電10000次迴圈後, 容量仍然可以保持85%以上. 此外, 通過原位測試反覆彎折狀態下的電容性能, 發現該柔性固態超級電容器顯示了良好的耐彎折性能, 連續彎折1000次後容量仍可以保持88%. 這表明該柔性固態超級電容器不僅具有良好的電化學性能, 還展現出優異的力學耐彎折性能.
該研究是電工所團隊與西南石油大學教授葛性波合作完成, 相關研究結果發表於國際期刊《先進功能材料》 (Adv. Funct. Mater, 2017, DOI: 10.1002/adfm.201704463) . 該研究獲得國家自然科學基金委, 北京市科委, 中科院青促會和電工所創新人才引進計劃的大力支援.
