中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
近日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院集成所功能薄膜材料研究中心研究員唐永炳及其團隊聯(lián)合湖南大學(xué)教授馬建民研發(fā)出基于氮硫共摻雜空心納米帶的鈉離子電容器，并獲得高容量和長(cháng)循環(huán)壽命。在5A/g的高電流密度下循環(huán)10000次后，容量保持率接近100％。相關(guān)研究成果以Hollow Carbon Nanobelts Co-Doped with Nitrogen and Sulfur via a Self-Templated Method for a High-Performance Sodium-Ion Capacitor（《自模板法制備氮硫共摻雜空心納米帶用于高性能鈉離子電容器》）為題在線(xiàn)發(fā)表于國際材料期刊Small上（DOI: 10.1002/smll.201902659）。
鋰資源儲量有限，且分布極為不均，使得其成本較高，從而限制了其在儲能等領(lǐng)域的大規模應用。由于鈉儲量豐富、與鋰接近的電化學(xué)特性，使得鈉離子儲能器件在規模儲能等領(lǐng)域具有良好的應用前景。近來(lái)，因兼具廉價(jià)和高功率密度的特點(diǎn)，鈉離子電容器受到了人們的廣泛關(guān)注。鈉離子電容器通常采用具有較高比表面積的碳材料作為正極，通過(guò)陰離子的表面吸附實(shí)現儲能。然而，僅僅依靠這種界面雙電層儲能機理的正極材料容量十分有限，如能同時(shí)引入贗電容的儲能機制，將極大提高鈉離子電容器的綜合性能。
基于上述考慮，唐永炳與馬建民及其團隊成員崔春雨、王恒、歐學(xué)武等人通過(guò)自模板法制備出一種氮硫共摻雜的空心碳納米帶材料。這種具有高比表面積的空心結構有利于陰離子的遷移和吸附，從而獲得一定的吸附容量和高的倍率性能；而通過(guò)氮硫共摻雜能夠貢獻一定的贗電容容量，進(jìn)一步提升正極材料的比容量。以氮硫共摻雜的空心碳納米帶結構作為正極，錫箔作為負極組裝新型的鈉離子電容器，在1 A/g的電流密度下的放電比容量達到400 mAh/g；將電流密度提升至10 A/g，該電容器的容量依然可以保持在155 mAh/g左右。此外，采用錫箔同時(shí)作為負極活性材料和集流體，簡(jiǎn)化了鈉離子電容器的整體結構，進(jìn)一步提高了電容器的能量密度，該鈉離子電容器全電池在676 W/kg功率密度下，能量密度高達250 Wh/kg左右。該工作為發(fā)展高性能鈉離子儲能器件提供了新的思路。
該項研究得到國家自然科學(xué)基金優(yōu)青項目、廣東省科技計劃和深圳市科技計劃等的資助。
