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【科研動(dòng)態(tài)】我院莫唐明老師在超級(jí)電容器儲(chǔ)能機(jī)理研究中再次取得新進(jìn)展

2023年07月30日 12:14  點(diǎn)擊:[]

近日,學(xué)院莫唐明老師設(shè)計(jì)了一種新型的納米多孔電極,同時(shí)提升了超級(jí)電容器的能量密度與功率密度,并闡明了入口效應(yīng)對(duì)超級(jí)電容器充放電的影響機(jī)理。該成果以《喇叭狀入口結(jié)構(gòu)提升納米多孔電極超級(jí)電容器充電速度與能量儲(chǔ)存》(Horn-like pore entrance boosts charging dynamics and charge storage of nanoporous supercapacitors)為題,發(fā)表在權(quán)威期刊《ACS Nano》。莫唐明老師是該論文的第一作者,廣西大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院為第一完成單位。

超級(jí)電容器具有充電快、功率高等優(yōu)點(diǎn),在新能源發(fā)電、新能源汽車、國防軍事等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。但超級(jí)電容器能量密度無法與電池媲美,維持其高功率密度的同時(shí)提升能量密度是研發(fā)的核心難題。納米多孔電極具有比表面積大和電導(dǎo)率高的優(yōu)點(diǎn),離子液體具有工作電壓寬的優(yōu)勢,它們的組合可以提高能量密度,被視為下一代超級(jí)電容器最有前景的材料之一。特別是當(dāng)多孔電極的尺寸與離子液體離子尺寸相匹配時(shí),可以達(dá)到最大的電容和能量密度。然而,多孔碳的納米限域效應(yīng)和離子液體的高粘度導(dǎo)致離子傳輸緩慢,降低了超級(jí)電容器的充電速度與功率密度。這也是多孔電極-離子液體超級(jí)電容器發(fā)展遇到的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

針對(duì)上述問題,莫唐明老師團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種新型納米多孔電極,同時(shí)提升了超級(jí)電容器充電速度與電容。論文對(duì)納米多孔電極儲(chǔ)能機(jī)理進(jìn)行了深入的探究,闡明充電速度得到加快是由于離子進(jìn)入孔時(shí)的一步脫溶劑化過程轉(zhuǎn)變?yōu)橹鸩矫撊軇┗^程,降低了離子吸附的能壘,從而優(yōu)化了了離子吸附的速度;與此同時(shí)陰陽離子分離的傳輸路徑,避免了“過填充”現(xiàn)象的產(chǎn)生,優(yōu)化了離子的解吸附過程。電容的提升得益于多離子協(xié)同傳輸降低了離子吸附與解吸附所需的能量。該工作揭示了多孔電極入口結(jié)構(gòu)對(duì)超級(jí)電容器能量儲(chǔ)存的影響及其規(guī)律,為提高超級(jí)電容器性能提供了一種有效可行新方案。

論文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c03886

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