高電壓水系酸性對稱超級電容器取得新進展
可穿戴便攜式電子産品的快速發展和廣泛應用激發了高效電化學儲能設備的開發和研制。憑借高功率密度、快充放電能力和出色的循環穩定性等優點, 超級電容器正作為一種新型的功率補償和儲能裝置沖擊着電子市場。大多數商品化超級電容器為有機系對稱型超級電容器。與有機電解液（~1×10−3 S cm−1）相比，酸性水系電解液因具有成本低、安全、環境友好、電導率高（＞1 S cm−1）和無工作環境要求等優點而備受關注。但除了價格昂貴的二氧化钌及容量低的碳材料，目前極少有材料能滿足需求，且較低的水分解電壓（1.23 V）進一步限制了水系超級電容器的能量密度。
圖1. 基于石墨烯納米片負載的Ti2Nb10O29-x電極材料的水系酸性對稱超級電容器
近日，我院盧錫洪副教授、童葉翔教授團隊和浙江大學材料科學與工程學院夏新輝研究員合作開發出了一種穩定且可實現高電壓的氧缺陷型钛铌氧化物電極。通過水熱反應及還原性氣氛熱處理得到石墨烯納米片負載的Ti2Nb10O29-x電極材料（TNOxG）。随着電荷轉移效率和H+擴散速率的提升，TNOxG中的氧缺陷能激發更多赝電容；同時抑制析氧反應的發生，有效拓寬電位窗口。在1 M H2SO4中，TNOxG單電極具1.8 V的寬電位窗口及368.9 F g-1（0.5 A g-1）的高比容量。制備的1.4 V高電壓準固态對稱電容器可在0.57W cm−3的功率密度下實現最大0.58 mWh cm−3的能量密度，并在20000圈循環測試下保持穩定（圖1）。這一氧缺陷調制優化反應動力學的策略，将為進一步改善水系酸性超級電容器的性能提供新思路。相關成果以“Oxygen Defect Modulated Titanium Niobium Oxide on Graphene Arrays: An Open-Door for High-Performance 1.4 V Symmetric Supercapacitor in Acidic Aqueous Electrolyte”為題發表在國際重要學術刊物《Advanced Functional Materials》(Xiyue Zhang, Shengjue Deng, Yinxiang Zeng, Minghao Yu, Yu Zhong, Xinhui Xia,* Yexiang Tong,* and Xihong Lu*, Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1805618)上，我院18級博士生張熙悅同學為第一作者。
該研究工作得到了國家重點研發計劃、廣東省自然科學傑出青年基金、廣東省特支計劃科技創新青年拔尖人才項目、廣州市珠江科技新星專項等項目的資助。
論文鍊接： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.201805618
