本成果主要是一种低维超级电容器电极材料的构筑和性能调控技术,针对电容器材料存在高电容和高稳定性难以有效兼容等问题。
本成果首次采用羧基化策略,实现了石墨烯表面官能团的最大化利用,构筑了结构稳定的高容量超级电容器复合材料; 使用多元醇还原调介石墨烯表面羟基化,引导构筑二维分级孔复合材料,协同提升超级电容高倍率性能。
提出了一种先插层剥离,再静电自组装,构筑具有超晶格结构石墨烯/层状双金属氢氧化物复合电极材料的方法,首次提出用含共轭π电子结构的非离子型表面活性剂辅助剥离石墨烯片,批量化制备高纯度、大面积的少层石墨烯,同时设计了一维同轴核/壳纳米复合结构,核/壳组分均采用高赝电容材料,其中核组分具有高的强度和良好的导电性,壳组分具有保护和维持电极结构稳定性作用。
采用高强度、高导电的双电层电容材料为核,高赝电容材料为壳,构建 同轴空心核/片状壳复合结构,充分利用高比表面,协同提升倍率电容性能;利用分步电沉积技术原位构筑电极基底/梯度复合活性材料一体化电极,解决了材料高电容和高稳定性难以有效兼容问题;利用电化学技术优化电极基底结构,原位生长高活性赝电容材料,实现无导电剂和粘结剂的高性能超级电容器电极制作。
应用前景:
本成果制备的低维超级电容器电极材料,采用的是特殊的氧化还原法制备二维石墨烯,可以确保表面功能性结构不被破坏,因而得到均匀分散的高品质石墨烯,构筑的较大的孔道有利于外部电解质离子进入电极内部,从而获得高的倍率电容,设计的聚吡咯/石墨烯复合材料具有高的赝电容储能特点,未来在商用化运用上具有极大的材料优势,应用前景巨大。
成熟度:实验室阶段