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云南大學胡萬彪團隊在Advanced Energy Materials和Nano Energy在線發表能量存儲研究成果

2021-03-04  點擊:[]

2021年3月1日,材料與能源學院以云南大學為第一單位,在Advanced Energy Materials (影響因子25.245)上發表研究論文“Significantly enhanced electrochemical redox for high-performance electrochemical capacitor via active ion-tunnel oriented BaCoF4 electrodes”(論文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.202003734 )。該論文提出了一種基于“活性離子隧道定向”策略的新型結構設計,通過控制BaCoF4中的活性離子通道來充分利用活性位點?;诨钚噪x子隧道定向BaCoF4的非對稱電化學電容器(AEC)在1.025 kW kg-1的功率密度下具有超高的能量密度(147.7 Wh kg-1),優于大多數現有的AEC體系。云南大學材料與能源學院2018級碩士研究生郭長金、助理研究員謝繼陽為共同第一作者,云南大學材料與能源學院胡萬彪研究員、南方科技大學謝林副教授為共同通訊作者。謝林副教授負責透射電鏡(TEM)部分測試表征工作。

電化學電容器作為一種環保型的可再生能源裝置,一直受到人們的廣泛關注。與傳統意義上的電池相比,超級電容器擁有更快的充放電速率、工作溫度范圍寬、充放電循環壽命長、功率密度高等特點,越來越多的科研工作者的研究致力于提高器件的功率密度和能量密度。對高性能電化學電容器的日益增長的需求促使研究人員在提高表面積、電子/離子電導和化學穩定性方面尋求更好的新電極材料。

長期以來,減小活性平面的顆粒尺寸和制備特定形貌的電極材料是電化學領域的主要設計策略。但涉及的活性位點可能沒有得到充分利用,或原子表面構型可能掩蓋了活性。胡萬彪研究團隊提出了一種基于“活性離子隧道定向”策略的新型結構設計,以克服上述不足,同時提高活性位點的效率。以過渡金屬氟化物BaCoF4為基體材料,通過十二烷基苯磺酸鈉作為表面活性劑沿活性方向控制尺寸變小?;钚匀∠蛴欣诖蜷_電解液中OH-等離子通道,充分發揮體系中Co2+/Co3+陽離子的氧化還原作用,使電化學氧化還原反應充分從而提高電化學性能。在6 M KOH電解液中,在1 A g-1的電流密度下處獲得了692 F g-1的高比電容。比未定向設計BaCoF4塊體電極材料高5倍?;诙ㄏ駼aCoF4的非對稱電化學電容器(AEC)在1.025 kW kg-1的功率密度下具有超高的能量密度(147.7 Wh kg-1),優于大多數現有的AEC體系。該研究為電化學電容器電極材料的設計提供了一種全新的思路。

  

圖1 [3-10]取向BaCoF4電極材料制備合成示意圖及離子通道示意圖

2月25日,該團隊在能源材料領域頂級期刊Nano Energy(影響因子16.602)上發表題為Triboelectric nanogenerator/supercapacitor in-one self-powered textile based on PTFE yarn wrapped PDMS/MnO2NW hybrid elastomer的研究論文。論文鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285521001 7 62 。云南大學材料與能源學院毛永云博士后為第一作者,胡萬彪研究員為通訊作者。該工作通過采用具有較大極化差異的摩擦材料,構筑了具有高輸出性能納米發電機。同時與高能量密度超級電容器結合,編織可穿戴自供電系統,實現機械能的實時收集,儲存。該團隊近年來一直致力于新型功能材料用于能量存儲和轉換等相關研究,為目前面臨的能源危機等問題提供新的思路和解決方案,前期研究成果在能源化工頂級期刊Chemical Engineering Journal 上在線發表“Hierarchical core-shell Ag@Ni(OH)2@PPy nanowire electrode for ultrahigh energy density asymmetric supercapacitor”,論文鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894720331120 。  

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  圖2 高性能可穿戴柔性器件能量收集與存儲示意圖

該團隊以“云南省高校高性能阻容感材料與器件重點實驗室”為平臺,主要研究方向包括:1.高性能電子電容材料與器件;2.高能量密度雜化薄膜介質材料;3.新型電子材料超高壓力制備與結構性質;4.強關聯電磁薄膜材料與器件;5.電化學超級電容器。

以上工作獲得國家自然科學基金、云南省重點研發計劃資助、云南大學引進人才啟動基金。

  供稿:材料與能源學院

  編輯:李哲

責任編輯:王盡遙


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