輕質(zhì)量、柔性的高效儲(chǔ)能材料在日常生活中扮演了非常重要的角色。超級(jí)電容器因其高功率密度、長(zhǎng)循環(huán)壽命而被認(rèn)為是最有應(yīng)用前景的新型儲(chǔ)能材料。有序介孔碳作為超級(jí)電容器領(lǐng)域的明星材料,具有理論儲(chǔ)能容量高、結(jié)構(gòu)有序和穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn),引起了儲(chǔ)能研究工作者的廣泛關(guān)注和研究。然而,介孔碳的微結(jié)構(gòu)高缺陷,電子導(dǎo)電率很低,導(dǎo)致潛在的儲(chǔ)電能力無(wú)法發(fā)揮,而無(wú)法滿足在柔性儲(chǔ)能器件中的應(yīng)用。
最近,中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所與北京大學(xué)化學(xué)學(xué)院合作,黃富強(qiáng)和支鍵等研究人員針對(duì)這一問(wèn)題,進(jìn)行了深入而細(xì)致的研究,顯著地提升了有序介孔碳材料的導(dǎo)電性,并將其成功應(yīng)用在柔性超級(jí)電容器領(lǐng)域,相關(guān)結(jié)果發(fā)表在Advanced Functional Materials(Volume 24, Issue 14, pages 2013–2019, April 9, 2014)上。
該團(tuán)隊(duì)首先通過(guò)溶劑揮發(fā)自組裝法(EISA)將有序介孔碳薄膜均勻涂覆在三維石墨烯上,然后再引入高導(dǎo)電性的一維銀納米線,構(gòu)筑了具有三維納米導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的一維銀納米線/三維石墨烯/有序介孔碳復(fù)合材料。在該復(fù)合結(jié)構(gòu)中,三維石墨烯和銀納米線在提升有序介孔碳性能方面扮演了同等重要但不同的角色。三維石墨烯為材料提供了高導(dǎo)電性與機(jī)械強(qiáng)度的柔性骨架,而銀納米線則進(jìn)一步優(yōu)化表面的電子傳輸通道,減小極化和界面內(nèi)阻。兩類(lèi)材料協(xié)同作用,極大提升了有序介孔碳材料的電化學(xué)性能,其電導(dǎo)率達(dá)到762 Scm-1。組裝成柔性器件后,復(fù)合電極材料比電容達(dá)到213 F g-1,是本征介孔碳材料的5倍。另外,該柔性器件的循環(huán)穩(wěn)定性極佳,在循環(huán)10,000次后能保持90%以上的容量。
該方法克服了當(dāng)前石墨烯應(yīng)用于有序介孔碳材料無(wú)法顯著提升電化學(xué)性能的瓶頸,器件組裝過(guò)程中無(wú)需高溫碳化,解決了石墨烯通常會(huì)發(fā)生團(tuán)聚的團(tuán)聚問(wèn)題,減少了石墨烯-介孔碳間較高的界面電阻,一維銀納米線可以進(jìn)一步地因此能夠大幅提高有序介孔碳材料的導(dǎo)電性。該工作中構(gòu)筑的三維柔性導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),可以作為一種的普適方法,有望促進(jìn)具有優(yōu)異導(dǎo)電性柔性超級(jí)電容器的發(fā)展。