充电7秒续航35公里 中科院研制出石墨烯超强电池

中国环保在线 综合报道

12月18日,中科院上海硅酸盐所透露,该所科学家已研制出一种高性能超级电容器电极材料——氮掺杂有序介孔石墨烯。该材料可用作电动车的“超强电池”,充电只需7秒钟,即可续航35公里。

世界顶级学术期刊《科学》发表了中科院上海硅酸盐研究所研制出一种新型石墨烯材料的重要研究成果。据中科院上海硅酸盐所透露,该所科学家已研制的高性能超级电容器电极材料——氮掺杂有序介孔石墨烯具有极佳的电化学储能特性,可用作电动车的“超强电池”:充电只需7秒钟,即可续航35公里。

超级电容器,是介于传统电容器和电池之间的一种电化学储能装置。由于具有功率密度高、循环寿命长、安全可靠等特点,现已广泛应用于混合电动汽车、大功率输出设备等多个领域,形成一个非常可观的市场规模,近年来保持近20%的全球增长率,产业前景突出。但现有超级电容器仍受限于低能量密度(商用活性炭:5–7瓦时/公斤),远不如锂电池(>80瓦时/公斤),原因在于较低的比容量(<250法拉/克)。如何让超级电容器兼具高功率、高能量,长期以来科学家并没有找到理想材料。

为破解这一难题,中科院上海硅酸盐所与北京大学、美国宾夕法尼亚大学合作研究,黄富强研究员、陈一苇教授、林天全博士等设计合成的一种氮掺杂的有序介孔石墨烯,具有极佳的电化学储能特性,比容量高达855法拉/克。

黄富强介绍,与传统电极材料相比,石墨烯有四大突出优势:其一,高比表面积有利于产生高能量密度;第二,超高导电性有利于保持高功率密度;第三,化学结构丰富有利于引入赝电容,提高能量密度;第四,特殊的电子结构有利于优化结构与性能关系。

组装成的对称器件能快速充电和快速放电,不亚于商用碳基电容器。它的优性源于:氮掺杂诱生了氧化还原反应,也增加了电化学储能活性,又没有降低材料的高导电率。所研制的对称器件在水溶液中工作安全无毒,能量密度为41瓦时/公斤(基于活性物质为63瓦时/公斤),功率密度达到26千瓦/公斤(基于活性物质为44千瓦/公斤)。不仅能实现了高能量密度、高功率密度,而且还可以通过使用水基电解液,做到无毒、环保、价格低廉、安全可靠。该新型石墨烯超级电容器体积轻巧,可实现规模生产。

据介绍,该新型石墨烯超级电容器体积轻巧、不易燃也不易爆,可采用低成本制备,实现规模生产。因性能较铅酸、镍氢等电池有明显的竞争优势,且在快速充放方面又远远优于锂电池,因此该“超级电池”可广泛应用于现有混合电动汽车、大功率输出设备的更新换代。

据权威专家表示,因性能较铅酸、镍氢等电池有明显的竞争优势,在快速充放方面又远远优于锂电池,该新型石墨烯超级电容器的研制成功对推动我国超级电容器的行业发展,提升行业竞争优势,具有重要的意义。

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