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石墨烯微连接及其在超级电容器应用研究取得重大进展
发布人:黄永宪  发布时间:2017-10-16   浏览次数:13

石墨烯微连接及其在超级电容器应用

石墨烯与金属电极连接是其器件应用的基础。然而石墨烯/金属连接面积小、阻抗高以及石墨烯易堆叠等难题限制了其实际应用。基于此,实验室亓均雷副教授设计构建了垂直取向石墨烯电极材料,揭示了石墨烯/金属界面结构的演化机理,阐明了界面结构对石墨烯/金属连接阻抗的影响机制,实现了高性能石墨烯基超级电容器的制造及应用,对推动石墨烯材料在高性能储能器件的实际应用具有重要意义。(1)开发了一种新型的垂直取向石墨烯基超级电容器电极材料。突破了大面积制备垂直取向石墨烯、石墨烯/金属集电极低阻抗连接、集电极表面3D化等三项关键技术,建立了石墨烯表面结构-润湿性-储能之间关系式,阐明了缺陷激活润湿机制,获得了低阻抗、高性能的石墨烯基超级电容器;(2)设计构建垂直取向石墨烯异质结构新型高性能赝电容电极材料。借助垂直取向和石墨烯的特点,优化体系中载流子的迁移路径,揭示异质结构界面处内建电场随费米能级的变化规律,阐明异质结构对电化学性能的强化机理,实现低成本、超高能量密度赝电容超级电容器制造。

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垂直取向石墨烯基超级电容器电极材料

    上述相关研究成果近五年在Nano Energy (IF:12.3)J Mater Chem A (JMCA, IF:8.8)等期刊发表论文17篇,其中IF>6论文6篇,在JMCA期刊上发表的关于垂直取向石墨烯异质结构电极材料的研究成果,被主编选为该期封面文章欧洲科学院Ostrikov院士肯定了申请人在垂直取向石墨烯/金属连接方向的研究成果,指出:基于石墨烯/金属连接结构……接触电阻和电子传输阻抗均下降”……“申请人报道的表面缺陷激活润湿技术,可实现垂直取向石墨烯润湿性的调控……改善电化学性能英国皇家工程院院士剑桥大学Milne教授也指出:Qi等研究证实了调控垂直取向石墨烯的表面缺陷,可降低器件的工作电压,提高器件性能。材料领域专家韩国济州大学Kim教授多次正面引用该研究工作,指出垂直取向石墨烯/金属连接结构电极材料组装的超级电容器是理想的电容器(an ideal capacitor)。中国工程院岑可法院士等认为该新型的石墨烯/金属连接界面结构低连接阻抗……是一种新型的高性能石墨烯基超级电容器。基于此,开发了原位连续刻蚀/制备技术实现了石墨烯/铝异质结构低阻抗连接,接触电阻由涂装工艺的12Ω降低至0.1Ω,储能领域专家美国德州理工大学Bayne教授对该工作给予肯定,指出该技术成功实现了铝表面多孔化和石墨烯的原位生长……制造出性能优异的垂直取向石墨烯电极材料