增大分级结构碳纳米笼的离子传输微孔通道获得超高的能量密度和功率密度

作     者：赵进 范豪 李国昌 吴强 杨立军 马延文 王喜章 胡征 Jin Zhao;Hao Fan;Guochang Li;Qiang Wu;Lijun Yang;Yanwen Ma;Xizhang Wang;Zheng Hu

作者机构：Key Laboratory of Mesoscopic Chemistry of MOE and Jiangsu Provincial Lab for NanotechnologySchool of Chemistry and Chemical EngineeringNanjing UniversityNanjing 210023China Jiangsu Key Lab for Organic Electronics and Information Displays&Institute of Advanced MaterialsNanjing University of Posts and TelecommunicationsNanjing 210023China 

出 版 物：《Science China Materials》 (中国科学（材料科学（英文版）)

年 卷 期：2021年第64卷第9期

页      面：2173-2181页

核心收录：

学科分类：081702[工学-化学工艺] 080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 070205[理学-凝聚态物理] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

基　　金：supported by the National Key Research and Development Program of China (2017YFA0206500and 2018YFA0209103) the National Natural Science Foundation of China (21832003, 21773111, 21573107 and 21971061) the Fundamental Research Funds for the Central Universities (020514380126) 

主　　题：supercapacitors ultrahigh energy and power densities hierarchical carbon nanocages micropore enlarging ionic liquid electrolyte 

摘      要：提升超级电容器能量密度而不牺牲其高功率密度是能源存储领域的不懈追求.离子液体电解液具有大的工作电压窗口,以其为电解液可提升超级电容器能量密度.但离子液体离子尺寸大、离子电导率低且粘度高,通常会导致超级电容器功率密度的减小.本文主要通过增大分级结构碳纳米笼(hCNC)电极材料的离子传输微孔通道,实现了在EMIMBF4离子液体电解液中超级电容器能量密度和功率密度的协同提升.通过Boudouard反应,在保持hCNC独特分级结构的前提下调节了贯穿碳纳米笼壁的微孔尺寸,同时,在优化的活化温度下hCNC的比表面积、孔体积和导电性均得以提升.这种独特的调节促进了大尺寸离子的传输,有效降低了等效串联电阻,从而显著提升了超级电容器的性能.优化的样品在功率密度为1.8 kW kg^(-1)时的能量密度高达153.8 W h kg^(-1),在超高功率密度480.1 kW kg^(-1)时能量密度仍能保持54.0 W h kg^(-1).本研究展示了一种通过精细调控材料微孔及相关性质开发先进电极材料的有效方法.