《超級電容材料與器件的基礎研究》是依託蘇州大學，由高立軍擔任項目負責人的聯合基金項目。
基本介紹
- 中文名：超級電容材料與器件的基礎研究
- 項目類別：聯合基金項目
- 項目負責人：高立軍
- 依託單位：蘇州大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
超級電容是目前世界關注的課題，因其功率大、循環壽命長、高低溫性能好等優於電池的特點，在電網調頻，電動汽車，備用電源，雷射武器等諸多領域有實際套用價值，研究意義重大。本項目將研究三氧化鉬（MoO3）材料及其混合超級電容器件的性能，重點關注納米MoO3電極材料的合成、表征及其贗電容特性，並用MoO3與活性碳（AC）材料構成混合超級電容，測試其單體器件的電化學性能，爭取達到長壽命（＞10K 次）、高比能量（15-30 Wh/kg）、高功率（1-2 kW/kg）的目標。關鍵是合成出高性能的MoO3納米材料並探索其可調控合成方法，獲得理想晶體結構和孔徑結構的薄膜材料，通過碳包覆和金屬離子摻雜方式，提高材料的電導率，拓寬反應電壓範圍，構建MoO3/AC混合超級電容體系。採用各種物理手段表征材料性能，用電化學方法檢測MoO3材料和超級電容器件性能，分析材料和器件在充放電循環過程中的反應機理。
結題摘要
超級電容是目前世界關注的課題，因其功率大、循環壽命長、高低溫性能好等優於電池的特點，在高功率雷射武器、電磁炮、電網調頻、電動汽車等諸多領域有實際套用價值，研究意義重大。超級電容雖然具有高功率和長循環壽命優點，但能量密度很小。提高超級電容的能量密度同時保持功率和循環特性，是本項目研究的主要內容。其中一個解決方案是採用贗電容材料作為電極材料。贗電容材料在充放電過程中發生二維法拉第反應，因此材料的克容量很高，同時倍率性能也很好，其電化學性能表現為電容行為。如何製備二維結構的贗電容電極材料，在較寬電壓範圍內發揮其放電容量，是研究的一個重點。本項目研究了超級電容的材料與器件，主要是金屬氧化物贗電容材料（氧化鉬，氧化鉍，氧化鈦，氧化鈮等）的研究，通過二維納米材料的設計合成，與導電碳複合與金屬摻雜的結合，提高導電性，獲得高容量和高倍率性能的贗電容材料。研究設計了二維結構的MoO3材料，通過溶劑剝離法實現了幾個納米厚度（2-6nm）的二維MoO3可控制備，材料表面與電解液充分接觸，Li+擴散路徑縮短，使容量得到充分發揮，在74 mA/g電流下，可逆容量達到1100 mAh/g，接近理論容量。同時對氧化鈦，氧化鉍，氧化鈮等贗電容複合材料進行了實驗研究，提高了材料的容量、倍率和壽命等電化學性能。贗電容金屬氧化物與活性碳正負電極構建混合超級電容（a-Nb2O5//AC），表現出35Wh/kg的比能量，比功率大於2kW/kg，循環壽命達到上萬次。採用各種分析手段表征材料的物理性能，用電化學方法檢測金屬氧化物材料和超級電容器件的性能，揭示了材料和器件在充放電循環過程中的反應機理。研究了高電壓電池體系，通過添加劑抑制電解液與正極材料在高電壓時的反應，延長了電池壽命。項目研究結果發表了58篇高水平論文，被引用766次，申請專利12項，培養研究生18名。項目達到了預期目標，按計畫完成任務。
