科研进步:同济大学蔡克峰教授课题组在超级电容器研究方向取得系列进展

必发365登录入口2017年9月8日讯  随着社会经济的发展,人们对于绿色能源和生态环境越来越惯着,超级电容器作为一种新型的储能器件因为其无可替代的优越性,受到广大科研工作者的重视。

能源的不断消耗,绿色储能器件的研发显得极其重要。与传统二次电池相比,超级电容器不但使用寿命长,而且比能量和比功率都高,能够满足电动汽车、电子储能设备、航空航天、轨道交通以及家用电器等对高功率储能器件的需求。因此,超级电容器一问世,便受到人们的广泛关注。

近来,同济大学材料科学与工程学院蔡克峰教授课题组基于多年在导电聚合物/无机纳米复合材料的热电性能及其器件的研究经验和坚实的工作基础,考虑到导电聚合物不仅可以产生赝电容,具有较高比容量,自去年始将研究方向拓展至有机/无机纳米复合材料的超级电容器性能及其器件,至今已取得了一系列重要进展。

该课题组以管状的二硫化钼(MoS2)为骨架,通过原位化学氧化聚合的方法,将之分别与导电PPy纤维与PPy颗粒成功地复合,通过调控PPy的形貌和含量,制得了具有高比容及循环稳定性能优异的超级电容器负极材料。在电流密度为1 A/g时,比容最高达462 F/g。相比于目前常用的负极材料(碳材料),该材料具有广泛的应用前景。

相关成果以“In Situ Growth of Polypyrrole onto Three-Dimensional Tubular MoS2 as an Advanced Negative Electrode Material for Supercapacitor”为题发表在《Electrochimica Acta》(246 (2017) 615–624)上。

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最近,该课题组为实现可穿戴电子设备的大规模应用,发展了一种具有可透气的对称型全固态柔性超级电容器。这种超级电容器是以多孔的商用无尘纸为透气及柔性基底,使用低温界面聚合的方法,将高导电的PPy薄膜沉积到无尘纸上形成电极材料,最后将两片电极材料组成平面状对称型的全固态超级电容器。研究发现,制备的超级电容器不仅具有良好的透气性及抗拉伸和弯曲等性能,还具有优异的电化学性能。在电流密度为1 mA/cm2时,比容量高达702 mF/cm2;同时,在功率密度为0.42 mW/cm2时,能量密度为62.4 μWh/cm2,非常有希望应用于可穿戴电子设备。

该研究成果以“High-performance and breathable polypyrrole coated air-laid paper for flexible all-solid-state supercapacitors”为题发表在《Advanced Energy Materials》(DOI: 10.1002/aenm.201701247)上。

《Electrochimica Acta》及《Advanced Energy Materials》的影响因子分别为4.79和16.72,该课题组硕士生陈元勋为这两篇论文的第一作者,合作者杨晓伟教授。

另外,该课题组对导电聚合物聚苯胺(PANi)、聚吡咯(PPy)及聚噻吩(PTh),以及分别以它们为基并与金属氧化物或碳纳米材料复合的二元复合物、及以它们为基与金属氧化物和碳纳米材料复合的三元复合材料的超级电容性能的最新研究进展做了详细的综述,并为导电聚合物基纳米复合材料的超级电容性能研究提出了可能的思路和发展方向。相关综述以“Research progress on conducting polymer based supercapacitor electrode materials”为题发表在《Nano Energy》(36 (2017) 268–285,影响因子为12.34)上,该课题组博士生孟秋风为该论文第一作者, 合作者中科院上海硅酸盐研究所陈立东研究员。

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