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理学院引进人才肖志昌博士及其团队在碳基超级电容器基础研究方面取得新进展发表时间:2020-08-14    作者:

近日,理学院引进人才肖志昌博士团队针对如何最大化利用材料孔道结构和杂原子功能团,以提高碳基超级电容器能量密度的问题进行了深入研究和分析,并取得新进展,相关成果发表在国际著名期刊Journal of Materials Chemistry A(中科院1TOP期刊,IF=11.301上,我校2019级研究生罗新英为论文第一作者,肖志昌博士为通讯作者,河北农业大学为第一署名单位。

混合动力/电动汽车的驱动、与日俱增的电子产品以及对间歇性能源(如风能、太阳能)的存储,都对高效的能源存储系统提出了强烈的需求。得益于较高的能量密度(~300 Wh/kg,锂离子电池在能源存储系统市场中占据着重要地位。然而,受制于电极材料体相中电化学反应的动力学迟缓问题,锂离子电池的功率密度和循环寿命还须大幅提高。相比之下,超级电容器的工作机制是通过电极材料的快速表面限制过程存储电荷,因而具有超快的充放电速度和超高的功率密度。因此,超级电容器在很大程度上弥补了传统电池难以短时间传递和获取能量的短板。当前,如何从电极材料的微观结构层次有效构建合理的结构模型以阐释提高超级电容器能量密度的机制,进而设计兼具高功率密度和能量密度的超级电容器器件,是目前该领域的研究热点之一。

有鉴于此,河北农业大学理学院引进人才肖志昌博士团队与国家纳米科学中心的学者通力合作,从含氮分子吡咯出发,通过在一维硬模板表面的定向聚合反应策略,并结合高温热化学交联活化过程,成功地制备了系列氮/磷共掺杂碳纳米管。研究发现:相应电容器的电化学容量并不是通常报道的与材料比表面积呈正相关关系;高温化学交联过程可以实现对材料电化学表面积的调控,将其与电容器倍率性能、赝电容密度两个性能参数相关联。结果表明,合理地设计具有高电化学表面积的电极材料是最大化利用材料孔道结构和杂原子功能团的关键。由此得到的碳基超级电容器的能量密度可以达到25.3 Wh/kg,并能够点亮五颗LED灯泡。值得一提的是,该工作得到了审稿人的高度评价,认为“此工作为研究特定材料体系中的构效关系问题提供了非常好的示范。其可以作为超级电容器领域的模型体系并值得发表在本期刊上”(This work presents a nice demonstration on how to explore this relationship in a specific material system. This work can serve as a model in the supercapacitor field and deserves publication in the submitted journal.)同时,该工作也得到了国内高分子、材料细分领域最具影响力的新媒体平台高分子科学前沿https://mp.weixin.qq.com/s/DnKB1e2CMTVIiT_KaexoGg的详细报道。

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    肖志昌博士于20188月引进到河北农业大学理学院工作,副教授,硕士生导师,河北农业大学太行学者(三层次)。主要致力于碳纳米材料的精细结构调控及其在能源存储与转换领域的应用研究,主持河北省自然科学基金1项。目前在Materials Sciences & Engineering R-ReportsNano EnergySmall Journal of Materials Chemistry A等国际著名化学、材料类期刊上发表论文27篇,总被引次数在500次以上,其中以第一作者/通讯作者发表论文9篇(其中中科院一区8,担任Materials HorizonsMaterials Chemistry FrontiersJournal of Materials Chemistry ANanoscaleNanoscale Horizons等国际著名期刊审稿人。

原文链接:https://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2020/ta/d0ta06238c