材料科學與工程學院蔡克峰課題組在超級電容器研究方向取得系列進展

材料科學與工程學院蔡克峰課題組在超級電容器研究方向取得系列進展

來源：材料科學與工程學院   時間：2017-09-04  瀏覽：

      隨著能源的不斷消耗，綠色儲能器件的研發顯得極其重要。與傳統二次電池相比，超級電容器不但使用壽命長，而且比能量和比功率都高，能夠滿足電動汽車、電子儲能設備、航空航天、軌道交通以及家用電器等對高功率儲能器件的需求。因此，超級電容器一問世，便受到人們的廣泛關注。近來，我校材料科學與工程學院蔡克峰課題組基於多年在導電聚合物/無機納米複合材料的熱電性能及其器件的研究經驗和堅實的工作基礎，考慮到導電聚合物不僅可以產生贗電容，具有較高比容量，自去年始將研究方向拓展至有機/無機納米複合材料的超級電容器性能及其器件，至今已取得了一系列重要進展。

      該課題組以管狀的二硫化鉬(MoS2)為骨架，通過原位化學氧化聚合的方法，將之分別與導電PPy纖維與PPy顆粒成功地複合，通過調控PPy的形貌和含量，製得了具有高比容及循環穩定性能優異的超級電容器負極材料。在電流密度為1 A/g時，比容最高達462 F/g。相比於目前常用的負極材料（碳材料），該材料具有廣泛的應用前景。相關成果以「In Situ Growth of Polypyrrole onto Three-Dimensional Tubular MoS2 as an Advanced Negative Electrode Material for Supercapacitor」為題發表在《Electrochimica Acta》（246 (2017) 615–624）上。

      最近，該課題組為實現可穿戴電子設備的大規模應用，發展了一種具有可透氣的對稱型全固態柔性超級電容器。這種超級電容器是以多孔的商用無塵紙為透氣及柔性基底，使用低溫界面聚合的方法，將高導電的PPy薄膜沉積到無塵紙上形成電極材料，最後將兩片電極材料組成平面狀對稱型的全固態超級電容器。研究發現，製備的超級電容器不僅具有良好的透氣性及抗拉伸和彎曲等性能，還具有優異的電化學性能。在電流密度為1 mA/cm2時，比容量高達702 mF/cm2；同時，在功率密度為0.42 mW/cm2時，能量密度為62.4 μWh/cm2，非常有希望應用於可穿戴電子設備。該研究成果以「High-performance and breathable polypyrrole coated air-laid paper for flexible all-solid-state supercapacitors」為題發表在《Advanced Energy Materials》（DOI: 10.1002/aenm.201701247）上。

      《Electrochimica Acta》及《Advanced Energy Materials》的影響因子分別為4.79和16.72，該課題組碩士生陳元勳為這兩篇論文的第一作者，合作者楊曉偉教授。

       另外，該課題組對導電聚合物聚苯胺(PANi)、聚吡咯(PPy)及聚噻吩(PTh)，以及分別以它們為基並與金屬氧化物或碳納米材料複合的二元複合物、及以它們為基與金屬氧化物和碳納米材料複合的三元複合材料的超級電容性能的最新研究進展做了詳細的綜述，並為導電聚合物基納米複合材料的超級電容性能研究提出了可能的思路和發展方向。相關綜述以「Research progress on conducting polymer based supercapacitor electrode materials」為題發表在《Nano Energy》（36 (2017) 268–285，影響因子為12.34）上，該課題組博士生孟秋風為該論文第一作者， 合作者中科院上海矽酸鹽研究所陳立東研究員。

      相關連結：

      https://doi.org/10.1002/aenm.201701247

      https://doi.org/10.1016/j.electacta.2017.06.102

      https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2017.04.040