缤纷的落叶,被科学“魔杖”轻点,竟变成性能良好的电容器正极。记者5日从南开大学获悉,该校材料科学与工程学院周震教授课题组以校园中寻常落叶为原料,制备出高效的正极材料,大大提高了钠离子电容器整体性能。这一成果发表在最新一期《先进功能材料》,还得到国家重点研发计划项目资助。

据介绍,因兼顾电池高能量密度和超级电容器高功率密度优点,钠离子电容器作为一种新型储能器件而广受关注。但现有钠离子电容器正极材料单位重量中能量存储量要远远小于负极,要想使二者具有相同储电量就不得不制作大而厚重的正极,正是这一点大大限制了钠离子电容器在储能领域的广泛应用。周震介绍说,现有钠离子电容器多以商业活性炭为正极,他们团队独辟蹊径,以梨树叶为原料,成功制备出拥有高比表面积的生物质碳材料作为吸附型正极。与商业活性炭比,这种以树叶制备的生物质碳材料表现出了对阴离子快速的吸脱附特性和突出的循环稳定性,大幅提升电容器存储电量和充放电速度。

此外,课题组还通过静电纺丝技术,引入碳纳米管,设计制备了二氧化钛和碳纳米管均匀分散于碳材料中的纳米棒,作为嵌入型负极。课题组将上述两种材料通过合理匹配,组装成了钠离子电容器。该器件表现出很高的能量密度、优异的功率密度及超长的循环稳定性,有效解决了现有电容器存在的正负极电化学反应动力学不匹配等问题,通过成功驱动迷你风扇实验,进一步证明该钠离子电容器拥有高的电压输出。该成果为钠离子电容器后续研究发展提供了全新思路,也为进一步实用化提供了可能。(记者 孙玉松)