《基於3D碳納米材料的全固態超級電容器的製備及性能研究》是依託同濟大學，由陳濤擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於3D碳納米材料的全固態超級電容器的製備及性能研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：陳濤
- 依託單位：同濟大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
三維（3D）碳納米材料不僅具有良好的導電性還具有較大的比表面積，被廣泛套用於基於液體電解質體系的超級電容器的研究，並且能夠獲得較高的性能；但是，在全固態超級電容器中卻很少涉及，主要面臨的問題是凝膠電解質很難充分地填充到3D材料的孔洞中，使電解質與電極材料的接觸不好，導致器件的性能遠低於預期。如何解決電解質與電極材料接觸較差的問題，是開發基於3D碳納米材料的高性能全固態超級電容器的關鍵。基於前期的工作積累，本項目將通過多種方式製備具有不同結構、不同組分的3D碳納米材料，著重研究不同合成方法、工藝對所得3D材料的結構、形貌及性能的影響；提出利用壓力差驅動凝膠電解質充分滲透到3D材料的孔洞中，使電解質與電極材料具有良好的接觸；同時，結合具有贗電容效應的導電高分子和金屬氧化物，製備3D結構的碳納米複合材料，在此基礎上，發展出一大類具有較高性能的全固態超級電容器器件。
結題摘要
柔性、攜帶型、可穿戴電子產品的興起與發展，亟需與之匹配的柔性能量儲存器件，比如柔性超級電容器。目前，制約柔性超級電容器發展的技術瓶頸主要在於電極材料，因為常用的納米碳電極材料極易發生聚集，導致器件的性能達不到預期。為解決上述問題，本項目首先設計併合成了三維（3D）結構的納米碳巨觀體，能有效避免納米碳之間的聚集，基於此，在以下三個方面取得了重要進展。（1）提出了電極材料緻密化、有序化的設計理念，一方面能有效促進電荷的傳輸或收集，另一方面能夠有效提升相關能量儲存器件的柔性及可拉伸性能；（2）通過對電極材料和器件結構的協同化設計，發展了工作電壓高達1.8 V的基於水系凝膠電解質的非對稱超級電容器，器件兼具超高的能量密度和柔性；（3）通過簡單的自由基聚合反應，合成了具有高的離子導電性和柔韌性的高分子水凝膠電解質，進一步發展了具有超高柔性、可剪裁的全固態超級電容器。該項目所發展的柔性、可拉伸超級電容器，在柔性、可穿戴電子設備領域具有極大的套用價值和潛力。項目執行期間，項目負責人作為通訊作者發表SCI論文7篇（包括Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Adv. Sci.等國際知名期刊）、中文核心論文1篇；申請中國發明專利4項；共同主編英文專著一部，由Elsevier出版社出版；項目負責人獲得“上海市高校特聘教授（東方學者）”、“上海市青年拔尖人才”和“上海市青年科技啟明星計畫”等榮譽稱號；培養出站博士後一名，已留同濟大學任教，目前在讀博士4人、碩士研究生3人。
