呂建國/朱智源/徐志偉/葉志鎮Nano?Energy：NiTe2基高電容交流濾波電化學電容器調制TENG穩定驅動LED

交流電-直流電轉換是一項關鍵的電學技術，可用于大多數電網供電的電力電子產品和不穩定能量采集裝置的調制處理。目前，鋁電解電容器是最常用的電子交流濾波器件。遺憾的是，它的大體積和低比電容使其難以在微型器件中進一步發展。近年來，越來越多的研究人員探索使用電化學電容器來替代鋁電解電容作為濾波電容，即超級電容器濾波應用。超級電容器具有非常高的比電容，可以大幅降低器件尺寸，穩定濾波電壓，具備優秀的濾波應用潛力。

近期，浙江大學材料學院葉志鎮院士團隊的呂建國副研究員、西南大學朱智源教授、浙江大學海洋學院徐志偉教授合作研發了NiTe₂基交流濾波電化學電容器，具有優異的低頻交流濾波性能，可廣泛應用于市電等低頻電路和電子線路領域。該超級電容器器件在120赫茲交流電下，表現出優秀的電化學性能，面積比電容達到了846.47 μF cm^–2，負相位角也有52.7度，表現出優秀的濾波能力。在整流濾波測試中，也表現出比商業鋁電解電容更優秀的實際濾波表現。不僅如此，NiTe₂基超級電容器還和摩擦納米發電機（TENG），LED共同組成了一套電力系統，NiTe₂基濾波電容可以完美的將TENG輸出濾波為直流電，平穩驅動LED發光，證明其實際應用的能力。

圖文解讀

圖 1?NiTe₂材料形貌表征圖。

（a-b）NiTe₂納米片在不同放大倍數下的掃描電鏡圖片，垂直取向的納米片有利于電解液離子在材料表面的快速傳輸和擴散，同時增加了材料的比表面積。

（c）3000次循環后的NiTe₂電極表面，形貌基本沒有太大變化。

（d-f）NiTe₂納米片的TEM表征照片。

圖 2 NiTe₂電極EIS測試。

（a）Nyquist圖，表現出理想的電容性，等效串聯電阻僅0.69 Ω。

（b）Bode圖，120 Hz時NiTe₂超級電容器負相位角達到了52.7°，仍然保持良好的電容特性。

（c）120 Hz交流比電容為846.47μF cm^–2，非常優異的的比電容性能。

（d）虛實電容曲線，電容器放電效率超過50%所需的時間僅7.3?ms，具備快速充放電響應。

圖 3 NiTe₂超級電容器整流濾波電路測試。

（a）整流濾波電路的示意圖。

（b）商業AEC與NiTe₂超級電容器的濾波效果對比。

（c）商業AEC與NiTe₂超級電容器的濾波紋波電壓對比，NiTe₂超級電容器表現出比AEC更強的實際濾波能力。

（d-f）輸入方形波，鋸齒波和噪聲波后的濾波效果。

圖 4 NiTe₂超級電容器調制TENG穩定驅動LED。

（a）TENG驅動LED的整流濾波電路示意圖，濾波電容的介入可以將TENG脈沖信號轉化為平穩的直流電，使下游的LED燈泡由閃爍變為平穩發亮。

（b-c）TENG與超級電容器基濾波電容共同組成的發電濾波電路實際照片。

該工作以NiTe₂-based electrochemical capacitors with high-capacitance AC line filtering for regulating TENGs to steadily drive LEDs為題目發表于《Nano?Energy》。論文第一作者為浙江大學材料科學與工程學院博士生湯海潮，共同第一作者為浙江大學海洋學院博士生夏克泉。浙江大學呂建國副研究員、西南大學朱智源教授、浙江大學徐志偉教授、浙江大學葉志鎮院士為共同通訊作者。浙江大學劉妹琴教授與陳劍教授為論文的共同作者。

論文鏈接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285521001890

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