《高比容量空洞結構電極材料的構築及其超電容性能》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：高比容量空洞結構電極材料的構築及其超電容性能
- 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,結題摘要,
項目摘要
能量密度低及倍率性能是制約超級電容器發展的瓶頸問題之一。本項目從提高電極材料比容量和促進離子快速傳遞出發，通過NH4HSO4酸處理、SiO2模板鑲嵌及剝離/氧化等技術，製備空洞結構氧化物納米層（如MnO2和V2O5）和石墨烯納米層，闡明氧化物納米層空洞化化學機制；採用絮凝聚沉-冷凍乾燥及自支撐層組裝等手段，製備納米層空洞化率、組裝方式和組分含量可控空洞結構納米電極材料，開發高能量密度和大倍率超級電容器用電極材料製備新技術；通過交流阻抗等技術，闡明空洞結構對電極離子傳輸及材料比能量的影響規律，為設計結構與性能可控空洞結構電極材料提供依據；通過層板化學摻雜、電極質量最佳化及電容器組裝等手段，研究空洞結構材料對實際電容器能量密度和功率密度的影響，期待實現雙電層和贗電容雙重存儲機制的同時發揮，解決超級電容器電極材料大功率下比能量密度低等突出問題。研究將促進無機材料化學和儲能材料等領域的進步。
結題摘要
超級電容器是重要的儲能器件，其性質主要由電極材料決定。制約超級電容器發展瓶頸問題是如何實現高功率密度下的高能量密度。要實現超級電容器快速儲存能量和大功率密度下的高能量密度，在擁有高比容量前提下如何實現材料結構中離子的快速傳輸是需要解決的主要問題之一。4 年來課題從提高電極材料比容量、促進離子快速傳遞及電極材料柔性與電容性能平衡最佳化出發，通過孔洞結構納米層製備，孔洞結構納米層組裝柔性薄膜及纖維電極材料及柔性全固態超級電容器組裝及性能評價等方面開展工作，取得主要研究結果如下：（1）開發了原位氧化還原製備多孔二氧化錳納米層孔洞化新技術和柔韌性好、高堆積密度和高質量比電容石墨烯納米層孔洞化新技術，實現了電極材料倍率性能的有效改善，納米層孔洞化處理是解決電解質離子在納米層垂直方向傳輸的有效手段，為開發高比容量下的高倍率性能超級電容器電極材料提供了方法學，為改善超級電容器高能量密度下的倍率性能穩定奠定了基礎；（2）利用靜電紡絲技術及濕法紡絲技術及孔洞納米層自組裝等方法，發展了高柔性及大容量柔性超級電容器用纖維及薄膜電極材料及高柔性、高能量密度全固態柔性纖維超級電容器組裝新技術，不僅為組裝高容量、柔韌性好及能量密度高全固態纖維超級電容器提供了基礎材料，而且為解決全固態柔性電極材料柔性與電容的最佳化平衡提供了方法學；（3）發展了改善現有碳基柔性超級電容器電極材料比容量低及組裝器件能量密度低等突出問題新方法，為製備高柔韌性、大比容量柔性超級電容器用電極材料提供了新途徑。這些研究闡明了孔洞結構對電極離子傳輸及材料能量密度與功率密度平衡的影響規律，為設計結構與性能可控孔洞結構電極材料提供了依據，實現了雙電層和贗電容雙重存儲機制同時發揮下的電極材料柔性與容量最佳化平衡，解決了柔性超級電容器電極材料大功率下比能量密度低等突出問題，促進了儲能材料及其器件的進步。
