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S,N双掺杂石墨烯纤维:一种性能优异的超级电容器电极材料

随着化石能源的日益枯竭和环境污染问题的日益严重,清洁能源和电化学储能设备占据着越来越重要的地位,作为电化学储能设备的一种,超级电容器由于其功率密度高,循环寿命长和优异的可逆性得到了广泛关注。但是由于其较低的能量密度,超级电容器在混合动力汽车等领域的应用受到了制约。比表面积大,孔径分布适宜,表面性质合适,物理性质稳定,导电性好的碳材料有利于提高容量;在碳网络中掺入杂原子可以提高材料的导电性和润湿性,同时引入一定的赝电容。这两种措施都能够有效改善能量密度。

最近,中国石油大学(北京)的宁国庆教授带领的新型碳材料实验室的成员采用CVD法成功将S,N双掺杂与纤维状的石墨烯3D多孔结构相结合,制备出S,N双掺杂的石墨烯纤维。结构测试表明,该材料具有3D纤维状的多孔结构,化学性质和物理性质稳定,掺入的S,N原子分布均匀,具有较高的比表面积(998m2g-1)和良好导电性,能够有效防止相邻片层间的堆叠,增大电极材料与电解液间的接触面积,减小内阻,提高容量。

S,N双掺杂石墨烯纤维:一种性能优异的超级电容器电极材料

得益于以上几点,电化学测试表明,该材料的比容量在0.25Ag-1时可达到311Fg-1,具有优异的循环稳定性(5000次循环后容量保持92.2%),能量密度高达37.7Whkg-1,功率密度可达14kWkg-1。该工作介绍了一种有效的综合双杂原子的3D纤维状石墨烯的方法,这将促进其在超级电容器方面的广泛应用。


相关结果发表在ChemElectroChem, 2017, Doi:10.1002/celc.201700406

作者Yanfang Kan, Xinlong Ma, Guoqing Ning*,Yongfeng Li, Yasong Zhou

文章链接为http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/celc.201700406/full,

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