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一克碳材料平铺展开可达3000平方米。记者近日从盐城工学院获悉,一种多级孔结构碳材料在该校诞生,而使用新型纳米材料的超级电容器,创造了全球极快速充放电电容量的新纪录。目前该研究成果已在线发表在《纳米快报》上。

超级电容器是一种功率密度大的储能装置,能够在极短时间内充放电,但是受制于能量密度小,应用范围远不如锂电池。为此,让新型电极材料在能量密度与功率密度之间达到平衡,成为科学家追求的目标。

该研究负责人、盐城工学院江苏省新型环保重点实验室张峰博士向科技日报记者介绍说,他们利用生物质壳聚糖作为碳源,采用二氧化硅微球为硬模板,并结合氢氧化钾化学活化法制备了一种具有多级孔结构的碳材料。第一级孔为壳聚糖凝胶冷冻干燥后形成的三维互相连通的微米级大孔网络;第二级孔为二氧化硅模板移除后形成的亚微米级孔洞,均匀密布在第一级孔的孔壁上;第三级孔为氢氧化钾活化形成的纳米级介孔和微孔,分布在第二级孔的表面。

这种多级孔结构的引入,有利于电解质离子在电极中的快速扩散。其导电性能已经与金属镍相当,保证了电子在电极材料内部的快速转移。

庞大的表面积再加上非常小的电荷分离距离,使其具有惊人电容量。张峰说,该电极在1A·g-1电流密度下质量比电容达到374.7±7.7F·g-1。当电流密度增大500倍至500A·g-1时,电极比电容仍可维持在235.9±7.5F·g-1(为1A·g-1时比电容的60%)。(通讯员 刘涛 记者 张晔)

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