高性能石墨烯基超级电容器研究中取得进展

　　超级电容器作为新型储能器件，具有功率密度高、充电时间短、使用寿命长等优点，但其能量密度一直受限于电极材料的性能。中科院电工研究所马衍伟课题组通过金属镁热还原二氧化碳气体，成功制备出富含孔道结构的石墨烯电极材料。

　　基于此石墨烯研制的超级电容器，在水系和有机电解液中表现出优异的功率特性和循环寿命，在功率密度为1kW/kg的时候，能量密度高达80Wh/kg，远高于目前商业化活性炭基超级电容器;并且当功率密度达到20kW/kg时，能量密度仍能保持在33Wh/kg。结果表明，该石墨烯基超级电容器在高功率/高能量密度的动力储能器件上具有广阔的应用前景。相关成果发表在Nature旗下期刊Scientific Reports杂志(Sci. Rep., 2013, 3: 3534)。

　　此外，通过控制热还原反应温度，该课题组还首次现实了对不同结构碳纳米材料的可控制备，其中包括管状碳纳米结构和中空碳纳米盒子。该项工作对宏量可控制备碳纳米材料具有指导意义。

　　相关研究工作得到北京市科委和中国科学院项目的支持。

图1：镁热还原制备的碳纳米材料 (a-b) 石墨烯透射电镜照片;(c-d) 管状碳纳米结构透射电镜照片;(e-f) 中空碳纳米盒子透射电镜照片

图2：碳纳米材料的形成机理 (A-C) 石墨烯的形成图示;(D-E) 管状碳纳米结构的形成图示;(G-I) 中空碳纳米盒子的形成图示