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电化学储能
我团队开发了新型离子液体基固态钠离子电容器
 最后更新:2020-12-09  作者:邢春贤  浏览:243次

  现代社会对电力系统和能源存储设备的能量密度、功率密度和工作寿命提出了更高的要求。迫切需要高性能的电能存储和转换设备(ECSD),以有效地利用间歇性可再生能源。为了满足这一需求,兼具高能量密度和功率密度的新型钠离子混合电容由于具有储备资源丰富和价格低廉的特点,引起了人们的广泛关注。
  中国科学院过程工程研究所离子液体研究团队成功制备了结构稳固并兼具快速动力学特征的MoS
2/CNT纳米复合负极材料,搭配新型离子液体凝胶电解质体系,成功构筑了高安全性和高性能固态钠离子混合电容器(见图1)。
  针对较大结构尺寸的钠离子传输困难的问题,设计采用较大(002)层间距的MoS
2/CNT纳米复合负极材料,提高钠离子的迁移效率,契合正极离子的动力学匹配 。设计新型离子液体凝胶电解质(见图2),与传统有机溶剂和电解质相比,离子液体具有一系列突出的优点:电导率高(20 ℃,0.67 mS cm-1;70 ℃,1.18 mS cm-1),电化学窗口大(器件电压窗口3.8 V),可有效提升能量密度(70 ℃,115.7 Wh kg-1);具有高的电化学稳定性(循环8000圈容量保持81.2%)和不燃特性,可实现器件在严苛条件下的运行。在此基础上,通过对离子液体系统中的分子动力学模拟,进一步研究了高温下离子对或离子簇的解离机制(见图3),并通过器件的高温性能测试得到验证。实验结果表明,固态钠离子电容器在高温下表现出更加出色的电化学性能,能量密度提升67%。
  该项工作采用了高性能电极材料和新型离子液体凝胶电解质体系的设计策略,对能量存储机制的理解将对其他离子凝胶电解质以及高安全性固态电解质的开发有很大帮助。

 

图1. 离子凝胶基固态钠离子电容器示意图

 

图2. 凝胶电解质: (a)制备流程; (b)燃烧测试

 

图3. 高温固态钠离子电容器: (a) 离子团簇解离模型; (b) 拉贡曲线

 

 

原文链接:

https://doi.org/10.1016/j.mtener.2020.100527
文章信息:

C.X. Xing, H.T.Zhang*, S.S.Pan, M.Yao, B.S.Li, Y.Q.Zhang, S.J.Zhang*,Boosting the safety and energy density of molybdenum disulfide/carbon nanotubes based solid-state sodium-ion supercapacitors with an ionogel electrolyte, Materials Today Energy, DOI: 10.1016/j.mtener.2020.100527