中国科研人员制备超强石墨烯电池成果发Science期刊

从中科院上海硅酸盐所获悉,该所科学家已研制出一种高性能超级电容器电极材料——氮掺杂有序介孔石墨烯。该材料具有极佳的电化学储能特性,可用作电动车的“超强电池”:充电只需7秒钟,即可续航35公里。相关研究成果已于18日发表在世界顶级期刊《科学》上。请阅读科学网报道:

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科学网12月18日上海讯(记者黄辛)今天,世界顶级学术期刊《科学》发表了中科院上海硅酸盐研究所研制出一种新型石墨烯材料的重要研究成果。权威专家表示,因性能较铅酸、镍氢等电池有明显的竞争优势,在快速充放方面又远远优于锂电池,它的研制成功对推动我国超级电容器的行业发展,提升行业竞争优势,具有重要的意义。

中科院上海硅酸盐所与北京大学、美国宾夕法尼亚大学合作研究,黄富强研究员、陈一苇教授、林天全博士等设计合成的一种氮掺杂的有序介孔石墨烯,具有极佳的电化学储能特性,比容量高达855法拉/克。组装成的对称器件能快速充电和快速放电,不亚于商用碳基电容器。专家表示,它的优性源于:氮掺杂诱生了氧化还原反应,也增加了电化学储能活性,又没有降低材料的高导电率。所研制的对称器件在水溶液中工作安全无毒,能量密度为41瓦时/公斤(基于活性物质为63瓦时/公斤),功率密度达到26千瓦/公斤(基于活性物质为44千瓦/公斤)。

据悉,这种新型石墨烯超级电容器可以采用低成本制备,实现规模生产。

超级电容器是重要的新型储能器件,具有功率密度高、循环寿命长和安全可靠等特点。目前超级电容器已应用于混合电动汽车、大功率输出设备等,形成一个非常可观的市场规模,近年来保持近20%的全球增长率,产业前景突出。但现有超级电容器仍受限于低能量密度(商用活性炭:5–7 瓦时/公斤),远不如锂电池(>80瓦时/公斤),原因在于较低的比容量(<250法拉/克)。

而同属炭族的石墨烯,因拥有高比表面积、优良导电率和稳定化学结构特点,已经成为国际研发热点,并有望成为下一代高性能超级电容器的理想电极材料。【科学网】 (2015-12-18 要闻)

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小编补充参考文献:Nitrogen-doped mesoporous carbon(不是石墨烯) of extraordinary capacitance for electrochemical energy storage,Tianquan Lin1,2, I-Wei Chen3, Fengxin Liu1, Chongyin Yang1, Hui Bi1, Fangfang Xu1, Fuqiang Huang1,2,*,Science 18 December 2015: Vol. 350 no. 6267 pp. 1508-1513 ,DOI: 10.1126/science.aab3798。

ABSTRACT
Carbon-based supercapacitors can provide high electrical power, but they do not have sufficient energy density to directly compete with batteries. We found that a nitrogen-doped ordered mesoporous few-layer carbon (没说是石墨烯啊?)has a capacitance of 855 farads per gram in aqueous electrolytes and can be bipolarly charged or discharged at a fast, carbon-like speed. The improvement mostly stems from robust redox reactions at nitrogen-associated defects that transform inert graphene-like layered carbon(不是石墨烯啊) into an electrochemically active substance without affecting its electric conductivity. These bipolar aqueous-electrolyte electrochemical cells offer power densities and lifetimes similar to those of carbon-based supercapacitors and can store a specific energy of 41 watt-hours per kilogram (19.5 watt-hours per liter).

友情提醒:关石墨烯什么事呢?

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