突破!我校杨为佑外籍院士团队在世界四大名刊PNAS发表学术论文

更新于 2021-05-21 14:41   发表于 2021-05-20 14:40   访问次数:937 上一篇 下一篇

校园新闻网讯  近日,宁波工程学院杨为佑乌克兰外籍院士团队和湖南大学陈鼎教授团队,通过碳纳米纤维气凝胶的结构设计和调控,实现了兼具高能量密度和长循环充放电寿命的超级电容器研发,研究成果以“High energy density and extremely stable supercapacitors based on carbon aerogels with 100% capacitance retention up to 65,000 cycles”为题发表在国际著名学术期刊PNAS上。

PNAS是《美国科学院院报》(Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America)的缩写,是公认的世界四大名刊(Nature、Science、Cell和PNAS)之一。

为响应国家提出的碳中和战略,新颖高效的能源储能器件研发是核心和关键之一。超级电容器具有功率大、充放电速度快和循环稳定性高等系列优点,在国防军工、轨道交通、城市公交、发电与智能电网、消费电子等领域,具有广泛的应用前景。目前,活性炭材料在超级电容器电极材料商业市场中占据主流地位,然而其储能密度仍处于较低水平(一般小于10 Wh kg-1)。多孔碳材料由于表面化学丰富、孔结构可控等结构优势备受关注。传统的活化方法和模板法可有效调控孔结构,进而改善材料比电容和能量密度,但依然存在工序复杂、环境危害大、成本较高等实际问题。另外,广见报道的多孔碳材料结构调控策略大多侧重于提高储能密度,开发兼具高比电容和长循环寿命的多孔碳材料仍是一项巨大挑战。

宁波工程学院杨为佑团队和和湖南大学陈鼎团队,发展了一种基于软模板(Zn-1,3,5-Benzenetricarboxylic acid:Zn-BTC)辅助细菌纤维素碳化的简单方法,制备出具有三维纳米纤维网络结构的分级多孔碳气凝胶。高分散性细菌纤维素纳米纤维与Zn-BTC中的锌离子之间存在较强的亲和力,碳化过程中锌蒸汽可对碳纤维骨架进行蚀刻,进而实现碳纳米纤维的缺陷及其微孔/介孔分布的有效调控,同时不引入金属/非金属赝电容位点。在1 A g-1电流密度下,其三电极体系比电容达352 F g-1,高于纤维直接衍生碳(178F g-1)和大多已有报道的活性炭材料的比电容(通常低于250 F g-1)。以碳气凝胶薄作为电极对称组装而成的超级电容器,在功率密度为0.60 kW kg-1时,其能量密度可达14.83 Wh kg-1,循环充放电65,000次后电容保留率为100%,展现出优异的综合储能特性,在先进能源器件中具有良好的应用前景。

论文第一作者为博士研究生马宇,陈鼎教授、刘乔博士、杨为佑研究员为通讯作者,方志、郑亚鹏、徐尚、卢宪露等博士研究生、李维俊博士和邵刚教授等参与了部分研究工作,该项研究得到了宁波市顶尖人才科技项目和国家自然科学基金资助。

Yu Ma, Ding Chen*, Zhi Fang, Yapeng Zheng, Weijun Li, Shang Xu, Xianlu Lu, Gang Shao, Qiao Liu*, Weiyou Yang*, High Energy Density and Extremely Stable Supercapacitors Based on Carbon Aerogels with 100% Capacitance Retention up to 65,000 Cycles,PNAS, 2021, DOI: 10.1073/pnas.2105610118.