潘峰課題組研發新型超高比表面積納米介孔碳儲能材料

【成果簡介】

潘鋒教授課題組創新地采用均勻分散在SiOC陶瓷基體中的SiOx納米疇為原位模板，通過NaOH在不同溫度下活化來調節和優化孔結構，獲得具有超高比表面積和介孔體積比的微孔/介孔碳。研究成果以“Optimized mesopores enabling enhanced rate performance in novel ultrahigh surface area meso-/microporous carbon for supercapacitors”為題發表在3月份的Nano Energy期刊上。

【圖文導讀】

圖1.微孔/介孔分級多孔碳材料的制備示意圖

以SiOx納米疇為原位模板，通過NaOH在不同溫度下活化來調節和優化孔結構

圖2.微孔/介孔分級多孔碳材料在超級電容器中展現出優異的儲能性能

（a）C800和商用YP50的能量密度與功率密度對比圖

（b）離子在微孔以及微孔/介孔中的傳輸示意比較圖

【研究內容】

由于能源短缺和環境惡化問題的日趨嚴峻，對于可再生清潔能源的開發與利用成為全球關注的熱點。超級電容器，作為新一代能源存儲器件，相比于鋰離子電池，具有充放電速度快（分秒級）、循環壽命長（104-105次）、功率密度高（10 kW/kg）以及工作溫度范圍寬（-50～+75℃）等優勢而受到廣泛的關注和研究。多孔碳材料因其高的比表面積、優異的導電性、良好的化學穩定性、低廉的價格以及環境友好型等特點而成為超級電容器電極材料最理想的選擇之一。通常具有高比表面積的多孔碳材料，孔的存在形式主要以微孔(孔徑<2 nm)為主導，由于孔徑尺寸的限制，在一定程度上其電極材料的倍率也相應受到限制。為了提升材料的倍率性能，通常采用合適的前驅體以及模板法等引入一些介孔（孔徑2 nm–50 nm），而外模板法使制備過程復雜化同時也增加了材料的成本。

北京大學新材料學院的潘峰課題組在納米多孔儲能材料研究領域取得重要進展，開發了一種新型的微孔/介孔分級多孔碳材料，用在超級電容器中展現出優異的儲能性能。團隊研究創新地采用均勻分散在SiOC陶瓷基體中的SiOx納米疇為原位模板，通過NaOH在不同溫度下活化來調節和優化孔結構，最終獲得具有超高比表面積（3122 m2 g-1）的微孔/介孔碳,同時其介孔體積比也高達66%。相比于商用的活性炭YP50，該材料在水體系和有機體系下均展現優異的倍率性能和電容性能，其特殊的孔結構加速了傳質傳遞過程，也提高了材料比表面積的利用率，最終在有機體系下獲得了高達42 Wh kg?1的能量密度。該工作為超級電容器材料的設計和應用研究提供了全新的研究思路。

該工作由潘鋒教授和陳海標特聘研究員共同指導，14級碩士生楊杰和13級碩士生吳灝林共同完成。該工作得到了國家材料基因組、廣東省創新團隊以及深圳市科技創新委員會的共同支持。

原文鏈接：http://sam.pkusz.edu.cn/index.php?m=content&c=index&a=show&catid=404&id=2564

文獻鏈接：Optimized mesopores enabling enhanced rate performance in novel ultrahigh surface area meso-/microporous carbon for supercapacitors

本文由材料人編輯部孟令曉編輯，點我加入材料人編輯部。

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