梨樹葉“變身”正極 電容器性能大增

繽紛的落葉，被科學(xué)“魔杖”輕點(diǎn)，竟變成性能良好的電容器正極。記者5日從南開大學(xué)獲悉，該校材料科學(xué)與工程學(xué)院周震教授課題組以校園中尋常落葉為原料，制備出高效的正極材料，大大提高了鈉離子電容器整體性能。這一成果發(fā)表在最新一期《先進(jìn)功能材料》，還得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目資助。

據(jù)介紹，因兼顧電池高能量密度和超級電容器高功率密度優(yōu)點(diǎn)，鈉離子電容器作為一種新型儲(chǔ)能器件而廣受關(guān)注。但現(xiàn)有鈉離子電容器正極材料單位重量中能量存儲(chǔ)量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于負(fù)極，要想使二者具有相同儲(chǔ)電量就不得不制作大而厚重的正極，正是這一點(diǎn)大大限制了鈉離子電容器在儲(chǔ)能領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。周震介紹說，現(xiàn)有鈉離子電容器多以商業(yè)活性炭為正極，他們團(tuán)隊(duì)獨(dú)辟蹊徑，以梨樹葉為原料，成功制備出擁有高比表面積的生物質(zhì)碳材料作為吸附型正極。與商業(yè)活性炭比，這種以樹葉制備的生物質(zhì)碳材料表現(xiàn)出了對陰離子快速的吸脫附特性和突出的循環(huán)穩(wěn)定性，大幅提升電容器存儲(chǔ)電量和充放電速度。

此外，課題組還通過靜電紡絲技術(shù)，引入碳納米管，設(shè)計(jì)制備了二氧化鈦和碳納米管均勻分散于碳材料中的納米棒，作為嵌入型負(fù)極。課題組將上述兩種材料通過合理匹配，組裝成了鈉離子電容器。該器件表現(xiàn)出很高的能量密度、優(yōu)異的功率密度及超長的循環(huán)穩(wěn)定性，有效解決了現(xiàn)有電容器存在的正負(fù)極電化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)不匹配等問題，通過成功驅(qū)動(dòng)迷你風(fēng)扇實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步證明該鈉離子電容器擁有高的電壓輸出。該成果為鈉離子電容器后續(xù)研究發(fā)展提供了全新思路，也為進(jìn)一步實(shí)用化提供了可能。