石墨烯超级电容器

2018-09-19

   澳大利亚墨尔本大学教授 李 丹

石墨烯是理想的超级电容器材料,我们团队首次提出了石墨烯多层膜用于纳滤膜的概念。随后,进一步开发出了层间距可连续调控的多层石墨烯膜,并由此提出制备高密度超级电容器储能材料的核心设计思想(Science 2013)。同时,利用这一类独特的石墨烯薄膜材料对离子在纳米限域中的传输性质展开了系统研究(Nature Nanotechnology 2018),借助计算机运算(人工智能),解决材料方面的相关问题,并首次给出了10纳米以下离子传输性质的纳米限域效应规律(Science Advances 2016),展示了这类材料在智能分离膜(Advanced Functional Materials)及骨再生中的独特应用(Advanced Materials)。

超级电容一般由多孔的碳组成,传统多孔碳存在的“孔堆积”问题,以致不能保证连通性。同时,存在很多不必要的大“孔”,浪费了不少空间。我们用之前研发出的一种稳定性石墨烯水凝胶薄膜来制造新型超级电容中的致密电极,在没有损害多孔性的同时也让能量密度达到了最大值,能量密度比传统电容器高10倍左右。另外,石墨烯多孔间存在着一种液体电解质,这种液体电解质有两个作用:维持石墨烯薄片之间的微小孔道结构以及传输离子,这种液体电解质还可以用来调控石墨烯薄片之间的孔道结构。
   超级电容器的电极研究是一项系统工程,石墨烯的二维结构具有可加工性,为我们提供了良好的“实验平台”,能更好地理解相关材料,希望未来能够设计出更好的超级电容器并应用到电池等储能材料。