近日,中國石油大學(華東)材料科學與工程學院臧曉蓓與清華大學康飛宇、朱宏偉教授合作,在耐溫柔性超級電容器研究方面取得重要進展,相關研究論文《基于10英寸超大碳納米復合薄膜的耐極端溫度柔性超級電容器》(Temperature-resistant and flexible supercapacitors based on 10-inch wafer-scale nanocarbon films)于2019年4月以封面文章的形式在《中國科學:材料科學》(Science China Materials)發表。臧曉蓓講師為第一作者和通訊作者,中國石油大學(華東)為第一署名單位。
當今世界對于電子產品的要求不再局限于可使用,舒適性也至關重要。儲能器件作為電子產品的核心元件,正由剛性向可穿戴發展。且應用場合普適性提高,需滿足特殊空間和嚴峻氣候環境的要求。然而,現有超級電容器的工作溫度區間為150℃左右或柔性較差,無法同時兼顧柔性和耐溫穩定性。因此,擴大超級電容器的使用范圍十分必要。
在此項工作中,臧曉蓓等人制備了面積高達550cm2的石墨烯/碳納米管/錳氧化物復合薄膜,是常規碳納米復合薄膜材料尺寸的29倍,并將其用于耐溫柔性超級電容器,并進行了詳細的柔性和電化學性能表征和機理探索。
研究表明,該復合薄膜具有優異的機械性能,可滿足柔性儲能器件的要求,機械性能取決于石墨烯與碳納米管的比例。隨著碳納米管的添加,復合薄膜的斷裂強度由2 MPa增大到21MPa。同時,為了提高電化學性能,在雙電層電容材料里引入贗電容材料(錳氧化物),將比電容提高2倍。
另外,研究者通過配合耐溫性好的膠體電解質和封裝工藝,此柔性超級電容器可在?20–200°C溫度區間內保持良好的電化學性能和柔性,表現出優異的穩定性。審稿專家認為該項工作為復合納米材料薄膜的大批量制備和適用于寬溫度區間的柔性超級電容器的發展提供了新思路,具有重要的意義。
臧曉蓓博士長期從事納米材料的制備及功能調控、柔性儲能器件等多個領域的科學研究,研究成果相繼刊發在Nano Energy(IF:13.120)、Small(IF:9.598)、Nanoscale(IF:7.233)等SCI一區TOP期刊。目前,已發表學術論文10余篇。
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