納米層狀電極材料的納米層結構調控及電容性能研究

《納米層狀電極材料的納米層結構調控及電容性能研究》是依託陝西師範大學，由劉宗懷擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：納米層狀電極材料的納米層結構調控及電容性能研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：劉宗懷
• 依託單位：陝西師範大學

項目摘要

利用無機納米層所具有的大比表面積和層狀結構所具有的離子快速遷移優勢，以石墨稀、層狀氧化錳和層狀二氧化釕剝離得到的納米層為組裝單元，發展同時氧化/還原法和絮凝聚沉法製備納米層狀電極材料新技術。利用LB膜組裝技術，通過考察納米層組裝量、層電荷匹配比及表面壓等組裝因素，達到控制製備材料厚度及納米層的可控排列，實現納米層狀電極材料的結構調控；通過測量組裝材料的電化學性能，研究不同組分納米層對材料電容性能的影響，為設計結構與性能具有協同效應的納米層狀電極材料提供依據；通過最佳化電容器電極質量比，不同結構電容器匹配設計及拓寬電容器電勢視窗等手段，研究製備材料的電化學反應機理和電荷儲存的本質，實現組裝材料能同時發揮雙電層電容和贗電容雙重存儲機制，解決超級電容器電極材料比能量密度低等突出問題，實現超級電容器電極材料設計、結構調控和性能的進步。本研究將促進儲能材料、納米材料及超級電容器電極材料等領域的進步。

結題摘要

超級電容器其性能主要受電極材料、電解液和組裝技術制約，而新型電極材料是發展高性能超級電容器的主要手段。藉助不同屬性材料單元集成組裝，達到實現製備材料在大電流密度下的高倍率性能和高比容量儲能能力，發展具有高能量密度，快速充放電超級電容器用電極材料，是超級電容器電極材料的重點發展方向之一。在國家基金委“納米層狀電極材料的納米層結構調控及電容性能研究”課題資助下，4年來課題圍繞納米層組裝技術製備層狀/三維網路結構電極材料及其電容性能研究，納米層孔洞化技術及其對製備材料倍率性能改善研究，大比表面積超級電容器電極材料製備及其電容性質研究，不對稱超級電容器組裝及提高超級電容器能量密度及新穎形貌過渡金屬氧化物微/納米電極材料製備及其電容性質研究等五個方面進行了系統工作。通過這些研究工作開展，取得的主要研究結果如下：（1）發展了同時氧化/還原法和絮凝聚沉法製備功能性層狀/三維網路結構電極材料新技術，為組裝高性能超級電容器提供了新型電極材料；（2）納米層組裝技術製備的高比容量、高循環穩定性層狀/三維網路結構超級電容器用電極材料，為改善超級電容器比容量及能量密度提供了新的途徑；（3）開發了絮凝聚沉-冷凍乾燥及自支撐層組裝製備空洞結構納米電極材料新技術，發現納米層孔洞化技術是改善超級電容器電極材料倍率性能及電容性能的有效手段，為發展高能量密度和大倍率超級電容器用電極材料提供了新途徑；（4）大比表面積電極材料不僅可以提高電極材料的活性位點，而且可以增加電極材料與電解液的接觸面積，從而有效提高電極材料的比容量；（5）拓寬超級電容器工作電壓視窗、選擇合適的電解質及合適的正負極匹配，是提高超級電容器能量密度的重要措施。這些研究結果為組裝能同時發揮雙電層電容和贗電容雙重存儲機制，發展高比能量密度超級電容器電極材料，實現超級電容器電極材料設計、結構調控和性能的進步具有重要的指導意義。