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以预锂化多壁碳纳米管为负极的锂离子电容器性能

2019-05-21蔡满园孙晓刚邱治文刘珍红聂艳艳

材料工程 2019年5期

蔡满园,孙晓刚,陈 玮,邱治文,陈 珑,刘珍红,聂艳艳

(南昌大学 机电工程学院,南昌330031)

随着世界经济的快速发展,各种新型能源层出不穷,风能、太阳能、水力能源逐渐占据了主导,但这些能源受自然因素的影响,是不稳定存在的,想要形成稳定的能源体系,并且大规模使用,就需要找寻可靠的化学储能装置[1-2]。锂离子电池和电化学电容器是两种重要的化学能源储能装置,锂离子电池具有高的能量密度但较低的功率密度和循环寿命限制了其大规模使用,电化学电容器虽有高的功率密度和长的循环使用寿命,其能量密度却远远低于锂离子电池[3-4]。

锂离子电容器(lithium ion capacitor,LIC),是一种介于锂离子电池和双电层电容器之间的新型储能装置,它具有比锂离子电池更高的功率密度和比双电层电容器更高的能量密度,其能够储存大约为传统双电层电容器(EDLC)5倍的能量,而且同时能够保持良好的功率和具有长循环寿命的性能[5-9]。

锂离子电容器一般用高表面积的活性炭材料作为正极,预嵌锂石墨和硬炭材料作为负极,在活性炭正极表面发生了离子的吸附和脱附,在负极体相中发生锂离子的嵌入和脱出,锂离子在负极的嵌入和嵌出反应过程要比在正极表面的吸附、脱附过程缓慢得多,电容器的性能主要取决于负极材料的特性,因此寻找理想的负极材料至关重要[10-14]。最常使用的负极材料有石墨、硬炭等,虽然石墨的储量相当丰富且廉价,且有相对较低的脱嵌锂电位,但是具有层状结构的石墨,其嵌锂动力学较慢,当其在锂离子电容器(LIC)中应用时,可能会限制整个器件的充电/放电倍率。……

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