研制出的鋰離子電容器器件及其充放電和循環(huán)壽命曲線

近年來，低速電動(dòng)自行車因具有良好的經(jīng)濟(jì)性、使用成本低、充電方便等優(yōu)勢(shì)，在山東的一些城市形成了一定的規(guī)模，保有量日益增長(zhǎng)。然而，低速電動(dòng)車中廣泛使用的鉛酸電池因具有環(huán)境污染等問題，在很大程度上限制了其發(fā)展。

作為一種綠色高效的高能量密度與高功率密度兼顧的環(huán)保型儲(chǔ)能器件，鋰離子電容器其能量密度可達(dá)30Wh/kg，是鉛酸電池的有力替代者。近年來，中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過程所先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)中心（青島儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院）韓鵬獻(xiàn)高工領(lǐng)銜的研究小組，在國(guó)家863項(xiàng)目（2011AA050905）和青島市戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)培育計(jì)劃項(xiàng)目（13-4-1-10-gx）支持下，利用青島豐富的石墨資源，成功解決了包括預(yù)嵌鋰在內(nèi)的一系列關(guān)鍵工藝技術(shù)，開發(fā)出充放電循環(huán)壽命1500次容量保持率大于93%的鋰離子電容器器件。相關(guān)技術(shù)已申請(qǐng)國(guó)家專利保護(hù)，并已授權(quán)1項(xiàng)。

另外，圍繞青島石墨高值化利用需求，探索了石墨烯基鋰離子電容器關(guān)鍵炭電極材料（J. Mater. Chem.，2012，22: 24918；J. Mater. Chem. A，2013，1: 5949）和釩液流儲(chǔ)能電池用的催化材料。在基于高性能石墨烯基材料催化釩離子氧化還原的前期探索（Carbon, 2011, 49: 693、Energy Environ. Sci., 2011, 4: 4710），近期又成功制備出釩液流儲(chǔ)能電池RuSe/還原氧化石墨烯納米復(fù)合材料。與單純還原氧化石墨烯相比，該復(fù)合材料對(duì)釩液流電池中釩離子電對(duì)VO2+/VO2+的氧化還原可逆性得到大大改善，電池電壓效率、庫(kù)倫效率和能量效率均得到大幅提高（RSC Adv., 2014, 4: 20379）。

動(dòng)力鋰離子電池能量密度的提高，除與正負(fù)極材料相關(guān)外，對(duì)所采用的電解液的要求也越來越高。作為添加劑用二（三氟甲基磺酰）亞胺鋰（LiTFSI）為代表的鋰離子電池電解質(zhì)鹽，與六氟磷酸鋰相比，具有優(yōu)越的熱穩(wěn)定性、良好的電導(dǎo)性和電化學(xué)穩(wěn)定性，然而，如何解決在高電位窗口時(shí)，該電解質(zhì)鹽對(duì)正極鋁箔集流體的腐蝕和降低內(nèi)阻是迫切需要解決的問題。研究人員成功制備出具有高度取向結(jié)構(gòu)的柔性石墨膜材料，在LiTFSI電解質(zhì)鋰鹽中，顯示出優(yōu)異的耐電化學(xué)腐蝕性能。單電池常溫循環(huán)1000次，容量保持率高達(dá)89%；高溫55℃，充放電循環(huán)300次，容量保持率也在80%以上，而在該體系下采用鋁箔為集流體，充放電循環(huán)10次后，由于鋁箔的嚴(yán)重腐蝕，電極材料從鋁箔集流體上剝落，從而容量急劇衰減（Electrochem. Commun.，2014，DOI: 10.1016/j.elecom.2014.05.001）。