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理學院引進人才肖志昌博士及其團隊在碳基超級電容器基礎研究方面取得新進展發表時間:2020-08-14    作者:

近日,理學院引進人才肖志昌博士團隊針對如何最大化利用材料孔道結構和雜原子功能團,以提高碳基超級電容器能量密度的問題進行了深入研究和分析,并取得新進展,相關成果發表在國際著名期刊Journal of Materials Chemistry A(中科院1TOP期刊,IF=11.301上,我校2019級研究生羅新英為論文第一作者,肖志昌博士為通訊作者,河北農業大學為第一署名單位。

混合動力/電動汽車的驅動、與日俱增的電子產品以及對間歇性能源(如風能、太陽能)的存儲,都對高效的能源存儲系統提出了強烈的需求。得益于較高的能量密度(~300 Wh/kg,鋰離子電池在能源存儲系統市場中占據著重要地位。然而,受制于電極材料體相中電化學反應的動力學遲緩問題,鋰離子電池的功率密度和循環壽命還須大幅提高。相比之下,超級電容器的工作機制是通過電極材料的快速表面限制過程存儲電荷,因而具有超快的充放電速度和超高的功率密度。因此,超級電容器在很大程度上彌補了傳統電池難以短時間傳遞和獲取能量的短板。當前,如何從電極材料的微觀結構層次有效構建合理的結構模型以闡釋提高超級電容器能量密度的機制,進而設計兼具高功率密度和能量密度的超級電容器器件,是目前該領域的研究熱點之一。

有鑒于此,河北農業大學理學院引進人才肖志昌博士團隊與國家納米科學中心的學者通力合作,從含氮分子吡咯出發,通過在一維硬模板表面的定向聚合反應策略,并結合高溫熱化學交聯活化過程,成功地制備了系列氮/磷共摻雜碳納米管。研究發現:相應電容器的電化學容量并不是通常報道的與材料比表面積呈正相關關系;高溫化學交聯過程可以實現對材料電化學表面積的調控,將其與電容器倍率性能、贗電容密度兩個性能參數相關聯。結果表明,合理地設計具有高電化學表面積的電極材料是最大化利用材料孔道結構和雜原子功能團的關鍵。由此得到的碳基超級電容器的能量密度可以達到25.3 Wh/kg,并能夠點亮五顆LED燈泡。值得一提的是,該工作得到了審稿人的高度評價,認為“此工作為研究特定材料體系中的構效關系問題提供了非常好的示范。其可以作為超級電容器領域的模型體系并值得發表在本期刊上”(This work presents a nice demonstration on how to explore this relationship in a specific material system. This work can serve as a model in the supercapacitor field and deserves publication in the submitted journal.)同時,該工作也得到了國內高分子、材料細分領域最具影響力的新媒體平臺高分子科學前沿https://mp.weixin.qq.com/s/DnKB1e2CMTVIiT_KaexoGg的詳細報道。

圖片2.png

    肖志昌博士于20188月引進到河北農業大學理學院工作,副教授,碩士生導師,河北農業大學太行學者(三層次)。主要致力于碳納米材料的精細結構調控及其在能源存儲與轉換領域的應用研究,主持河北省自然科學基金1項。目前在Materials Sciences & Engineering R-Reports、 Nano Energy、 Small、 Journal of Materials Chemistry A等國際著名化學、材料類期刊上發表論文27篇,總被引次數在500次以上,其中以第一作者/通訊作者發表論文9篇(其中中科院一區8,擔任Materials Horizons、Materials Chemistry Frontiers、Journal of Materials Chemistry A、Nanoscale、Nanoscale Horizons等國際著名期刊審稿人。

原文鏈接:https://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2020/ta/d0ta06238c


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