中大新聞網(wǎng)訊（通訊員袁湛楠）由于豐富的鉀資源，鉀基電化學(xué)儲能器件在未來大規(guī)模儲能系統(tǒng)中具有較大的應(yīng)用潛力。鉀基電化學(xué)儲能器件可以分為電池型和電容型儲能器件。在各種鉀基電化學(xué)儲能器件中，雙碳型鉀離子混合電容器 (PICs) 和鉀雙離子電池 (PDIBs) 由于正負(fù)極都可以采用碳材料，因此具有成本低、環(huán)境友好等優(yōu)點。在這兩種類型的儲能器件中負(fù)極都可以采用具有陽離子的電池型儲能行為的碳材料，因此碳材料的類型可以相同。不同的是，PICs和PDIBs的正極分別采用活性炭和石墨類碳材料，導(dǎo)致它們的正極具有相應(yīng)的電容型和電池型儲能機制。所以，碳正極的不同微觀結(jié)構(gòu)使得PICs和PDIBs分別具有較高的功率和能量密度。同時，也導(dǎo)致PICs的低能量密度和PDIBs的低功率密度。

材料科學(xué)與工程學(xué)院閻興斌教授團隊針對上述問題，通過調(diào)控碳正極的微觀結(jié)構(gòu)，制備了一系列具有不同微觀結(jié)構(gòu)的碳正極材料，實現(xiàn)了雙離子電容器-電池混合器件 (DICB) 的構(gòu)建，并通過對混合器件動力學(xué)和儲能機理的研究，得出以下主要結(jié)論：1) 具有高度無序化和贗石墨混合微觀結(jié)構(gòu)的碳正極材料，可以使構(gòu)建的DICB在1.5-4.5 V下可獲得高能量 (320.4 Wh kg-1) 和高功率密度 (15.9 kW kg-1); 2) 采用贗石墨和類石墨混合結(jié)構(gòu)的碳正極在1.5-5.0 V的電壓范圍內(nèi)可進一步提高DICB的能量密度 (351.7 Wh kg-1)，3) DICB同時實現(xiàn)較高的能量和功率密度主要歸因于：碳正極的混合微觀結(jié)構(gòu)使DICB在不同的電壓范圍內(nèi)實現(xiàn)了不同的儲能機制，電容型儲能機制可以在高無序和贗石墨化的碳結(jié)構(gòu)中進行，電池型儲能機制可以在贗石墨化和類石墨的碳結(jié)構(gòu)中進行。

雙離子電容器-電池混合器件正極碳材料微觀結(jié)構(gòu)演變、器件構(gòu)建以及其能量和功率密度

相關(guān)研究成果以“Tailoring Carbon Cathode Microstructure for Synergistic Integration of Hybrid Ion Capacitor and Dual-Ion Battery”為題在線發(fā)表在Weily旗下期刊Advanced Functional Materials上 (DOI: 10.1002/adfm.202314962)。材料科學(xué)與工程學(xué)院2020級博士生姚倩倩為第一作者，通訊作者是閻興斌教授及其團隊的朱劍副教授。材料科學(xué)與工程學(xué)院為論文唯一完成單位。該研究工作受到國家重點研發(fā)計劃項目、國家自然科學(xué)基金、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金、中山大學(xué)高校基本科研業(yè)務(wù)費的大力支持。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202314962?af=R