新型鋅離子混合超級電容器的結構及反應機理示意圖
近日, 中國科學院深圳先進技術研究院功能薄膜材料研究中心研究員唐永炳團隊成功研發出一種新型鋅離子混合超級電容器, 該工作對研究基於多價載流子的新型儲能器件具有重要借鑒意義.
為了緩解大量使用化石能源造成的資源短缺及環境汙染問題, 各個國家正在加快對太陽能, 風能, 水利, 潮汐能等可再生能源的利用. 但可再生能源具有非常明顯的間歇特性, 需開發低成本, 高效的儲能技術與其相配合. 目前廣泛使用的鋰離子電池是一種優異的電化學儲能技術, 但鋰資源的儲量非常有限, 且分布極為不均, 導致鋰離子電池的成本高昂, 且回收困難, 限制了其在大規模儲能領域的廣泛應用. 開發基於低成本, 易回收的新型電化學儲能器件具有重要研究價值及應用前景.
據此, 唐永炳團隊成員王恒, 王蒙等人研發出了基於+2價鋅離子為活性載流子的新型高效低成本混合超級電容器. 該器件對廉價的鋅箔進行了一體化設計, 同時將其作為負極活性材料和集流體, 以環保生物質活性炭為正極, 溶有鋅鹽的有機溶劑為電解液, 通過鋅離子在負極的還原/氧化反應以及陰離子在正極的吸附/脫吸附反應, 實現電容器的可逆充放電. 鋅的儲量豐富, 離子為+2價, 可使基於鋅離子的混合超級電容器獲得高能量密度的同時, 保持低成本, 易回收等優勢. 經過系統優化後, 這種鋅離子混合超級電容器獲得了優異的電化學性能: 1725W/kg的功率密度下, 能量密度高於52Wh/kg; 並且22000次迴圈後, 容量保持率高於91%. 在可再生清潔能源領域的規模化儲能具有良好的應用前景.
相關研究成果以A Novel Zinc-Ion Hybrid Supercapacitor for Long-Life and Low-Cost Energy Storage Applications為題, 發表在儲能材料領域期刊Energy Storage Materials上. 該項研究得到了國家自然科學基金, 廣東省科技計劃項目, 深圳市科技計劃項目等的資助.
