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近十年超级电容器领域的重大突破

2017-03-15 09:02来源:材料人作者:李敬关键词:超级电容器储能器件混合动力汽车收藏点赞

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文章通过两步路线合成复合材料,一步是简单的水热合成过程,二是Co3O4纳米线化学气相沉积原位生长在三维石墨烯泡沫上,制备出稠密的直径统一,结晶度高的 Co3O4纳米线,外面包覆着三维石墨烯骨架。由于石墨烯优良的机械性能,尽管3D石墨烯/ Co3O4复合材料的质量比较轻,仍可以作为独立电极使用,并且这种单片三维电极在超级电容器的使用中显示出优异的性能。首先,无缺陷的石墨烯泡沫提供了三维多用性和高导电性通道,以此确保了电荷的快速转移和传导;其次,Co3O4纳米线显示出优异的电化学性能和电催化性能;最后,3D石墨烯/Co3O4复合电极提供了巨大有效的活性面积。

通讯作者陈鹏教授,新加坡南洋理工大学教授, 主要研究生物纳米技术领域,如纳米材料在传感, 生物成像,药物传递,和光线疗法等领域的应用,同时组里面还有电池等方面研究方向。陈鹏教授在中国浙江大学获得学士和硕士学位,于2002年在密苏里大学哥伦比亚完成了他的博士学位研究,在哈佛大学经过一段时间的博士后训练,于2005年加入了南洋理工大学助理教授(新加坡)。目前是一个化学与生物医学工程学院的教授。陈教授的研究着重于纳米材料(特别是石墨烯材料)和他们在生物成像和能源设备中的应用。

文献八The chemistry of two-dimensional layered transition metal dichalcogenide nanosheets.

(NATURE CHEMISTRY, 2013, DOI: 10.1038/nchem.1589)被引频次:1766

图9 TMDs催化的析氢反应

层状过渡金属硫化物(TMDs)制备的超薄二维纳米片,从根本上和技术上都十分引人注目。与石墨烯表相比他们有更多种的化学性能和制备方法。单层或者几层的TMDs 是直接带隙半导体,带隙决定于他们的组分、结构和维数,TMDs可以通过块体材料剥落获得或者采用自下而上法的合成。在本文中介绍了如何调控TMDs的电子结构,使他们具有广泛的实际应用。TMDs作为制氢和加氢脱硫的电化学活性催化剂已经开始研究,同时也作为光电子材料的活性物质开始使用。他们的形态和性能也可用于储能应用,比如锂离子电池和超级电容器的电极材料。

通讯作者 Manish Chhowalla,美国罗格斯大学材料科学与工程系教授,于1992年本科毕业于罗格斯大学,1998年博士毕业于剑桥大学。Manish Chhowalla教授在二维层状材料方面研究取得很大成绩,期间在Nature Nanotechnology报道了关于1T金属相MoS2基超级电容器的研究进展,在Science上发表论文,报道了一种采用仅需1-2秒的微波法制备出高质量石墨烯。

文献九Graphene, related two-dimensional crystals, and hybrid systems for energy conversion and storage.

(Science,2015,DOI: 10.1126/science.1246501) 被引频次:386

图10 GRMs的能源应用

在光伏器件、燃料电池、电池、 超级电容器等中石墨烯的集成,为不断增加的全球能源驱动的需求设备提供了机遇和应对挑战。石墨烯天然的二维特性具有超高的比表面积,可达2200m2/g,同时也兼顾有高导电性和柔性,使石墨烯成为电荷储存、离子储存和氢气储存的有效材料。其他二维晶体,比如过渡金属硫族化合物(TMDs)和过渡金属氧化物,也成为能源应用很有前景的选择。使用二维晶体这样的优势,采用旋凃过程或者叠层组装方法,有可能根据“需求”创造和设计出分层人工结构。

通讯作者Francesco Bonaccorso,意大利国家研究委员会会员,在剑桥大学工程系(英国)、范德堡大学物理和天文学院(美国)工作后,获得了意大利墨西拿大学的物理学博士学位。2009年6月,他在剑桥大学被授予皇家学会牛顿国际奖学金,同时他在剑桥休斯大厅入选了一个研究课题,在那里,他还进修了一个文科硕士学位。目前,他在意大利理工学院的石墨烯实验室领导一个加工成型小组。他在欧洲石墨烯旗舰计划组里负责制定未来十年技术路线图。他的研究兴趣包括纳米材料的溶液处理,它们的光谱特性,以及聚合物复合材料在太阳能电池、发光器件、锂离子电池和超快激光器中的应用。

延伸阅读:

超级电容器碳材料的研究现状与发展

致密储能:石墨烯用于超级电容器的机遇和展望

超级电容器研究进展:从电极材料到储能器件

原标题:近十年超级电容器领域的重大突破
投稿与新闻线索:陈女士 微信/手机:13693626116 邮箱:chenchen#bjxmail.com(请将#改成@)

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