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钛酸钠与石墨烯结合构建高能大功率微电容器

[电线电缆网]当海胆状的钛酸钠被用作负极,多孔活性石墨烯被用作正极时,当它们连接在一起时会产生什么“火花”?记者近日从中国科学院大连化学物理研究所获悉,吴忠帅研究员和鲍新河院士合作将“海胆”与石墨烯连接起来,研制出高能量密度、高耐热性的柔性钠离子微型超级电容器。

微型传感器、微型机器人和自供电微型系统不能与微型电化学储能装置分开。该器件主要指一种电极尺寸在微米级的小型化电源,被认为是集成电子产品的一种灵活、小型化、智能化的中枢电源。目前主要分为微型电池和微型超级电容器,以及近年来出现的混合型微型超级电容器。

据介绍,微型电池具有较高的能量密度,但其功率密度较低。微型超级电容器的功率密度较高,但能量密度较低。混合式微型超级电容器是一种新型的微型电化学储能装置,它结合了微型电池高能量密度和微型超级电容器高功率密度的优点。锂离子微超级电容器就是这方面的代表。

锂离子微型超级电容器具有较高的能量密度和功率密度,但其大规模应用受到金属锂资源限制和高开发成本的限制(锂的结皮率为0.006%)。相反,钠结壳资源丰富,占2.74%,开发成本相对较低,类似于锂的电化学功能。钠离子微型超级电容器的发展具有广阔的应用前景。

中国科学院大连化学研究所研发团队利用海胆状钛酸钠作为电池负极,多孔活性石墨烯作为电容器正极,连接高压离子液体凝胶电解质,成功构建了柔性钠离子微型超级电容器。通过电池型负极和电容型正极的有效耦合,钠离子微超级电容器可以在3.5伏的高电压下工作,高能量密度为37.1毫瓦/立方厘米,自放电速度极低。

研究人员称,钠离子微型超级电容器具有多偏置快速离子扩散通道,大大降低了电荷转移电阻,并显著提高了功率密度。同时,由于器件的平面几何布局和离子凝胶电解质的不燃性,该微器件具有优越的机械柔性和80时的高温不变性。(记者郝晓明)

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