高性能锂离子电容器正极材料石墨烯-介孔炭复合物的制备及性能分析

编号：NMJS09155

篇名：高性能锂离子电容器正极材料石墨烯-介孔炭复合物的制备及性能分析

作者：韩秀秀 魏少鑫 汪剑 崔超婕 骞伟中

关键词： 电化学储能 介孔活性炭 石墨烯 锂离子电容器 接触电势差

机构： 清华大学化学工程系 鄂尔多斯实验室

摘要： 【目的】设计同时具有高质量活性和高体积活性的锂离子电容器(lithium-ion capacitor,LIC)复合正极材料。【方法】借助扫描电子显微镜、透射电子显微镜、康塔全自动比表面和孔径分析仪、四探针测试仪,通过实验分析了颗粒之间的微观形貌、堆叠方式、接触模式和界面特性对复合电极的电导率、电学性质的影响规律。【结果】将介孔活性炭(mesoporous activated carbon,MC)与单分散石墨烯/单壁碳纳米管杂化物(graphene/single-walled carbon nanotube hybrid,GNH)混合,紧密压缩制成锂离子电容器正极材料。GNH均匀地包裹在MC颗粒表面,与MC面对面接触,增大接触面积;而且GNH在MC颗粒之间形成均匀的三维导电网络,提供了快速的电子传导。另外,GNH具有开放结构,会优先吸附电解液离子,与MC界面间存在浓度梯度;同时,GNH具有较高的导电性,与导电性较差的MC界面间存在接触电势差效应。两者共同促使GNH和MC界面之间形成快速的离子和电子双传输路径,促进离子在MC内部的扩散,从而避免了高电流密度下因离子扩散缓慢而造成的容量损失。【结论】添加5%GNH提高了倍率性能,并且在不牺牲堆积密度的前提下同时提高质量和体积能量密度。