中大新聞網(wǎng)訊（通訊員袁湛楠）由于豐富的鉀資源，鉀基電化學(xué)儲(chǔ)能器件在未來(lái)大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)中具有較大的應(yīng)用潛力。鉀基電化學(xué)儲(chǔ)能器件可以分為電池型和電容型儲(chǔ)能器件。在各種鉀基電化學(xué)儲(chǔ)能器件中，雙碳型鉀離子混合電容器 (PICs) 和鉀雙離子電池 (PDIBs) 由于正負(fù)極都可以采用碳材料，因此具有成本低、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。在這兩種類(lèi)型的儲(chǔ)能器件中負(fù)極都可以采用具有陽(yáng)離子的電池型儲(chǔ)能行為的碳材料，因此碳材料的類(lèi)型可以相同。不同的是，PICs和PDIBs的正極分別采用活性炭和石墨類(lèi)碳材料，導(dǎo)致它們的正極具有相應(yīng)的電容型和電池型儲(chǔ)能機(jī)制。所以，碳正極的不同微觀(guān)結(jié)構(gòu)使得PICs和PDIBs分別具有較高的功率和能量密度。同時(shí)，也導(dǎo)致PICs的低能量密度和PDIBs的低功率密度。

材料科學(xué)與工程學(xué)院閻興斌教授團(tuán)隊(duì)針對(duì)上述問(wèn)題，通過(guò)調(diào)控碳正極的微觀(guān)結(jié)構(gòu)，制備了一系列具有不同微觀(guān)結(jié)構(gòu)的碳正極材料，實(shí)現(xiàn)了雙離子電容器-電池混合器件 (DICB) 的構(gòu)建，并通過(guò)對(duì)混合器件動(dòng)力學(xué)和儲(chǔ)能機(jī)理的研究，得出以下主要結(jié)論：1) 具有高度無(wú)序化和贗石墨混合微觀(guān)結(jié)構(gòu)的碳正極材料，可以使構(gòu)建的DICB在1.5-4.5 V下可獲得高能量 (320.4 Wh kg-1) 和高功率密度 (15.9 kW kg-1); 2) 采用贗石墨和類(lèi)石墨混合結(jié)構(gòu)的碳正極在1.5-5.0 V的電壓范圍內(nèi)可進(jìn)一步提高DICB的能量密度 (351.7 Wh kg-1)，3) DICB同時(shí)實(shí)現(xiàn)較高的能量和功率密度主要?dú)w因于：碳正極的混合微觀(guān)結(jié)構(gòu)使DICB在不同的電壓范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了不同的儲(chǔ)能機(jī)制，電容型儲(chǔ)能機(jī)制可以在高無(wú)序和贗石墨化的碳結(jié)構(gòu)中進(jìn)行，電池型儲(chǔ)能機(jī)制可以在贗石墨化和類(lèi)石墨的碳結(jié)構(gòu)中進(jìn)行。

雙離子電容器-電池混合器件正極碳材料微觀(guān)結(jié)構(gòu)演變、器件構(gòu)建以及其能量和功率密度

相關(guān)研究成果以“Tailoring Carbon Cathode Microstructure for Synergistic Integration of Hybrid Ion Capacitor and Dual-Ion Battery”為題在線(xiàn)發(fā)表在Weily旗下期刊Advanced Functional Materials上 (DOI: 10.1002/adfm.202314962)。材料科學(xué)與工程學(xué)院2020級(jí)博士生姚倩倩為第一作者，通訊作者是閻興斌教授及其團(tuán)隊(duì)的朱劍副教授。材料科學(xué)與工程學(xué)院為論文唯一完成單位。該研究工作受到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金、中山大學(xué)高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)的大力支持。

論文鏈接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202314962?af=R