中科院兰州所高性能超级电容器研究取得系列进展

      超级电容器是一种基于双电层吸附、表面的氧化还原反应或体相内离子的快速插入/脱出来实现储能的新型储能器件，具有长寿命、高功率密度和快速充放电等特点；但是其能量密度较低，不能满足未来智能电网、轨道交通和消费电子等诸多领域对高能量密度超级电容器的需求。如何提高能量密度是目前和未来超级电容器研究的重点之一。

     在中国科学院百人计划项目、中科院兰州化学物理研究所“一三五”重点培育项目和国家自然科学基金青年基金等项目的资助下，兰州化物所清洁能源化学与材料实验室在提高超级电容器能量密度方面取得系列进展。

      研究人员从高性能超级电容器用炭材料的微观结构要求和储能机理出发，开发出了具有超高比表面积和优异电化学储能特性的多孔炭纳米棒电极材料（Science China Chemistry, 2014, 57, 1570-1578)；以二维结构石墨烯作为研究对象，系统研究了离子液体电解液的本征结构对石墨烯电容的内在影响机制，并建立了相应的模型，研究结果发表在ChemSusChem（2014, 7, 3053-3062）上，并选为背封面。

      研究人员通过对双金属镍-钴氧化物形貌进行调控，开发出了具有纳米片层结构的镍钴金属氧化物，该电极材料展示了良好的电容特性和倍率特征；进一步与自行研发的高比容多孔炭材料组配，组装出兼具高能量密度和高功率密度水系不对称电容器（Scientific Reports, 2014, 4, 3712）。为了进一步提高不对称电容器的体积能量密度，提出采用高密度的氮化钒材料替代低密度的多孔炭材料的思路，并开发出了高体积密度氮化钒-氢氧化钴水系不对称电容器，该研究结果被选为背封面发表在Journal of Materials Chemistry A（2014, 2, 12724-12732）上。

      此外，结合兰州化物所在离子液体研发和制备上的优势，选用分解电压高、环境友好型离子液体作为超级电容器电解液，开发出了具有高能量密度的二氧化锰/石墨烯复合材料基电容器（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2014, 6, 11665–11674）；首次发现氧化铁在离子液体中具有良好的赝电容特性，并通过引入石墨烯来进一步提高其电容性能，在此基础上与多孔炭材料组配，设计并组装出新型离子液体系超级电容器，该器件的工作窗口可以达到4 V，能量密度高达177 Wh/kg（J. Mater. Chem. A, 2014, 2, 14550-14556），相关工作已申请中国发明专利。