新型“雙高”混合型電化學(xué)儲(chǔ)能器件獲進(jìn)展

鋰離子電池和超級(jí)電容器是常用的電化學(xué)儲(chǔ)能器件。記者從中科院大連化物所獲悉，該所研究員吳忠?guī)泩F(tuán)隊(duì)在混合型電化學(xué)儲(chǔ)能器件方面取得新進(jìn)展，構(gòu)建出具有與鋰離子電池類似搖椅式工作機(jī)理的電池—超級(jí)電容器混合儲(chǔ)能器件，并通過(guò)電極容量和動(dòng)力學(xué)“雙匹配”策略，器件能量和功率密度實(shí)現(xiàn)了“雙高”。

據(jù)介紹，該儲(chǔ)能器件的性能優(yōu)于以往報(bào)道的具有搖椅式構(gòu)型的鋰離子電池—超級(jí)電容器混合儲(chǔ)能器件，同時(shí)也優(yōu)于電極容量或動(dòng)力學(xué)不匹配的其他混合儲(chǔ)能器件，為“雙高”混合儲(chǔ)能器件的構(gòu)型設(shè)計(jì)和電極優(yōu)化策略提供了新思路。

傳統(tǒng)鋰離子電池受限于遲緩的體相反應(yīng)，功率性能較差；超級(jí)電容器利用快速的表面過(guò)程存儲(chǔ)電荷，能量密度較低，這兩個(gè)“種子選手”并不能滿足對(duì)能量和功率密度都有較高要求的應(yīng)用場(chǎng)景。

以往，研究人員主要使用電池型負(fù)極和雙電層電容型正極，但基于此構(gòu)建的器件構(gòu)型充放電過(guò)程所需的離子由電解液提供，導(dǎo)致電解液用量大，其性能還受到電池型電極和電容型電極之間極不匹配的電荷存儲(chǔ)容量和電極動(dòng)力學(xué)的限制。

吳忠?guī)浗榻B，他們選取了具有本征鋰離子插層贗電容性質(zhì)的正交五氧化二鈮為負(fù)極，鎳鈷鋁三元氧化物（NCA）鋰離子電池材料為正極，讓鋰離子在正負(fù)極之間來(lái)回穿梭，構(gòu)建了搖椅式鋰離子電池—超級(jí)電容器混合儲(chǔ)能器件。

該器件中，正負(fù)極皆擁有來(lái)自氧化還原反應(yīng)的高容量，但納米結(jié)構(gòu)應(yīng)用于高壓正極，可能會(huì)帶來(lái)非活性表面重構(gòu)以及不穩(wěn)定的電極/電解液界面等問(wèn)題。為此，研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)筑了三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，以協(xié)同降低充放電過(guò)程中的內(nèi)阻和極化，最終使正負(fù)極具有高度匹配的容量和倍率性能。

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