大工高性能碳基超级电容器电极材料研究取得新进展

近年来，纯电动车和混合电动车等高性能新能源交通运输工具的发展态势强劲，其中，新型高效的储能设备的设计和开发是一个关键因素。超级电容器具有功率密度高、循环使用寿命长和安全性能优异等突出的优势，在电化学储能领域的应用前景巨大。多孔炭材料具有丰富可调的孔道结构和大比表面积等特点，是目前最为广泛使用的一类超级电容器电极材料。然而，如何基于多孔炭材料实现兼具高功率密度和高能量密度的超级电容器之设计和构筑，依然是一个富有挑战性的关键核心问题。

化工学部邱介山教授领导的“能源材料化工”学术团队在前期工作基础上进一步发展了调控碳基材料之表/界面的新技术。基于限域空间的策略，以层状硅铝酸盐蒙脱土为模板，提出并建立了插层-限域碳化-活化的新技术路线，实现了二维多孔片状炭材料的可控合成，并用于高性能超级电容器的设计构筑。

二维多孔片状炭纳米材料作为超级电容器电极材料，具有突出的特点和优势：在充放电过程中电解液可以在多孔炭的内部孔道快速传输，在高充放电速率下赋予电容器高倍率性能。他们发现，以明胶为碳源，基于这一新技术制备得到的二维片状多孔纳米炭材料，在6 mol L-1 KOH电解液中、100 A g-1的电流密度下，其比电容仍高达246 F g-1，表现出远优于相同碳源的三维微米级颗粒状多孔碳的电化学性能。该材料在水系和有机系电解液体系中，在高功率密度下均显示出较高的能量密度。相关成果作为前封面近期发表在著名学术刊物Advanced Energy Materials上。

研究表明，这种合成策略可以拓展到多种类型的其它碳源，是一种制备高性能二维多孔片状纳米碳材料的普适性新方法。这一成果为拓展和深化高性能炭基超级电容器电极材料的设计与构筑，开辟了新的技术途经，也为高性能二维纳米炭材料的设计合成提供了可资借鉴的新思路。

大连能源化工材料实验室为美国麦克仪器公司的联合实验室，实验室有3Flex三站全自动多功能吸附仪、2020研究级超高性能全自动吸附仪以及Chemisorb化学吸附仪等多台麦克仪器，在其超级电容器电极材料的研究中，麦克仪器公司3Flex成为其多孔炭材料表面表征的强有力的工具，该款仪器是一款全能型仪器，可兼具物理吸附、化学吸附、蒸汽吸附等多种功能，歧管、P₀ 管、分析站配备独立的多级传感器，NLDFT双等温线拟合模型使用户能够应用氮吸附和二氧化碳吸附等温线数据得到材料的全范围孔径分布（例如碳狭缝孔），压汞法与气体吸附法的数据相叠加，能够自动生成全范围孔径分布分析图。

——部分内容转自大连理工大学网站