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云南大学胡万彪团队在Advanced Energy Materials和Nano Energy在线发表能量存储研究成果

2021-03-04  点击:[]

2021年3月1日,材料与能源学院以云南大学为第一单位,在Advanced Energy Materials (影响因子25.245)上发表研究论文“Significantly enhanced electrochemical redox for high-performance electrochemical capacitor via active ion-tunnel oriented BaCoF4 electrodes”(论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.202003734 )。该论文提出了一种基于“活性离子隧道定向”策略的新型结构设计,通过控制BaCoF4中的活性离子通道来充分利用活性位点。基于活性离子隧道定向BaCoF4的非对称电化学电容器(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),优于大多数现有的AEC体系。云南大学材料与能源学院2018级硕士研究生郭长金、助理研究员谢继阳为共同第一作者,云南大学材料与能源学院胡万彪研究员、南方科技大学谢林副教授为共同通讯作者。谢林副教授负责透射电镜(TEM)部分测试表征工作。

电化学电容器作为一种环保型的可再生能源装置,一直受到人们的广泛关注。与传统意义上的电池相比,超级电容器拥有更快的充放电速率、工作温度范围宽、充放电循环寿命长、功率密度高等特点,越来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。对高性能电化学电容器的日益增长的需求促使研究人员在提高表面积、电子/离子电导和化学稳定性方面寻求更好的新电极材料。

长期以来,减小活性平面的颗粒尺寸和制备特定形貌的电极材料是电化学领域的主要设计策略。但涉及的活性位点可能没有得到充分利用,或原子表面构型可能掩盖了活性。胡万彪研究团队提出了一种基于“活性离子隧道定向”策略的新型结构设计,以克服上述不足,同时提高活性位点的效率。以过渡金属氟化物BaCoF4为基体材料,通过十二烷基苯磺酸钠作为表面活性剂沿活性方向控制尺寸变小。活性取向有利于打开电解液中OH-等离子通道,充分发挥体系中Co2+/Co3+阳离子的氧化还原作用,使电化学氧化还原反应充分从而提高电化学性能。在6 M KOH电解液中,在1 A g-1的电流密度下处获得了692 F g-1的高比电容。比未定向设计BaCoF4块体电极材料高5倍。基于定向BaCoF4的非对称电化学电容器(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),优于大多数现有的AEC体系。该研究为电化学电容器电极材料的设计提供了一种全新的思路。

  

图1 [3-10]取向BaCoF4电极材料制备合成示意图及离子通道示意图

2月25日,该团队在能源材料领域顶级期刊Nano Energy(影响因子16.602)上发表题为Triboelectric nanogenerator/supercapacitor in-one self-powered textile based on PTFE yarn wrapped PDMS/MnO2NW hybrid elastomer的研究论文。论文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285521001 7 62 。云南大学材料与能源学院毛永云博士后为第一作者,胡万彪研究员为通讯作者。该工作通过采用具有较大极化差异的摩擦材料,构筑了具有高输出性能纳米发电机。同时与高能量密度超级电容器结合,编织可穿戴自供电系统,实现机械能的实时收集,储存。该团队近年来一直致力于新型功能材料用于能量存储和转换等相关研究,为目前面临的能源危机等问题提供新的思路和解决方案,前期研究成果在能源化工顶级期刊Chemical Engineering Journal 上在线发表“Hierarchical core-shell Ag@Ni(OH)2@PPy nanowire electrode for ultrahigh energy density asymmetric supercapacitor”,论文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894720331120   

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  图2 高性能可穿戴柔性器件能量收集与存储示意图

该团队以“云南省高校高性能阻容感材料与器件重点实验室”为平台,主要研究方向包括:1.高性能电子电容材料与器件;2.高能量密度杂化薄膜介质材料;3.新型电子材料超高压力制备与结构性质;4.强关联电磁薄膜材料与器件;5.电化学超级电容器。

以上工作获得国家自然科学基金、云南省重点研发计划资助、云南大学引进人才启动基金。

  供稿:材料与能源学院

  编辑:李哲

责任编辑:王尽遥


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