项目名称: 不锈钢无纺布基Li4Ti5O12@石墨烯/石墨烯@碳泡沫锂离子混合超级电容器

项目编号: No.51502060

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 一般工业技术

项目作者: 周薇薇

作者单位: 哈尔滨工业大学

项目金额: 21万元

中文摘要: 新能源体系建设和电子设备的飞速发展对储能器件提出了更高的要求,锂离子混合超级电容器由于具有高的比能量和比功率,近年来被广为关注。本项目拟通过结合水热法和固相法在新型不锈钢无纺布基底上制备三维有序Li4Ti5O12@石墨烯复合纳米阵列,并与石墨烯填充的碳泡沫构筑锂离子混合超级电容器器件。该器件设计具有大的两相接触界面、短的离子传输路径和直接快速的电子传输通道优势,且正负极材料在制备过程中均无需任何添加剂。通过纳米结构优化、石墨烯包裹/填充、表/界面调控,以期提高电子、离子传导速率,降低界面电阻,改善电子收集效率,从而获得高的能量密度、功率密度和长的循环寿命;通过一系列电化学表征如循环伏安法、恒电流充放电、以及交流阻抗等进一步研究纳米尺度下电极材料的表面及电化学界面离子、电子传输的规律,确定材料与界面的动力学速率控制步骤,获取相关动力学数据,为将来电极材料和器件的优化设计提供理论和实验指导。

中文关键词: 纳米阵列;石墨烯;锂离子混合超级电容器;碳泡沫;不锈钢无纺布

英文摘要: With the construction of new energy system and rapid development of electronic equipments, high demands are required for energy storage devices. Recently, lithium-ion hybrid supercapacitor(LIHS) has attracted great attention due to its high specific energy and large specific power. In this project, we propose to fabricate 3D Li4Ti5O12@Graphene composite nanoarrays on novel stainless steel non-woven fiber through a combination of hydrothermal and solid state reaction, and then construct the LIHS together with the graphene filled carbon foam. This device design is advantageous in providing large contact area between electrode and electrolyte, short ion diffusion length as well as direct, fast electron transport pathway. Moreover, no additives are needed during both positive and negative electrodes’ preparation process. By optimizing the nanostructure design, graphene coating or filling, and surface/interface control, it is expected to enhance the electron/ion transport rate, reduce the interface resistance, improve the electron collection efficiency, and finally acquire high energy and power density as well as long cycle life. Further investigations of the transportation law of the ions and electrons across the nano-electrode surfaces and electrochemical interfaces are revealed by the integration of cyclic voltammetry, galvanostatic charge-discharge, AC impedance, and so on. In the meantime, the dynamic rate control step and related dynamic information can be obtained as well. This can provide theoretical and experimental guidance for the future electrode and device design.

英文关键词: composite nanoarrays;graphene;Li-ion hybrid supercapacitor;carbon foam;stainless steel non-woven fiber

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