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近日，中科院電工研究所（以下簡(jiǎn)稱(chēng)電工所）研究員馬衍偉團隊聯(lián)合中科院大連化學(xué)物理研究所研究員吳忠帥，在高性能石墨烯復合材料制備、石墨烯基鋰離子電容器研制方面取得進(jìn)展。相關(guān)研究成果日前發(fā)表于《先進(jìn)功能材料》。

鋰離子電容器作為一種有效結合鋰離子電池與超級電容器的新型電化學(xué)儲能器件，具有高功率密度、高能量密度及長(cháng)循環(huán)壽命的特點(diǎn)，有效彌補了鋰離子電池和超級電容器之間的性能差異。電極材料作為鋰離子電容器的重要組成部分，是影響鋰離子電容器性能的關(guān)鍵因素。

精細的結構設計工程被認為是提高電極材料電化學(xué)性能的有效方式之一。馬衍偉團隊提出了一種通用靜電自組裝策略，在還原氧化石墨烯上原位生長(cháng)了具有卷心菜結構的MnO復合納米材料（rGO/MnO）。通過(guò)深入的原位實(shí)驗表征以及理論計算，證實(shí)了rGO/MnO異質(zhì)結構具有較強的界面作用和良好的儲鋰動(dòng)力學(xué)。由于rGO/MnO復合納米材料具有高電荷轉移速率、豐富的反應位點(diǎn)以及穩定的異質(zhì)結構，基于rGO/MnO復合納米材料制備的電極具有高比容量（0.1 A/g電流密度下比容量為860 mAh/g）、優(yōu)異的倍率性能（10 A/g下比容量為211 mAh/g）以及長(cháng)循環(huán)穩定性。因此rGO/MnO復合納米材料可作為高性能鋰離子電容器理想的負極材料。

通過(guò)將這種高性能石墨烯基復合材料作為負極與活性炭正極進(jìn)行組裝，馬衍偉團隊成功制備出柔性固態(tài)鋰離子電容器。經(jīng)測試，這一電容器基于電極活性材料總質(zhì)量的能量密度最高達到194 Wh/kg，功率密度最高可達40.7 kW/kg。這是迄今為止報道的柔性固態(tài)鋰離子電容器能量密度和功率密度的最高值。此外，在上萬(wàn)次充放電循環(huán)后，該電容器的容量保持率可達77.8%，并且安全性能高。