南开大学：落叶制备高效正极材料

几天前，南开大学材料科学与工程学院教授周振的研究小组发现了二氧化钛/碳纳米管这种具有快速反应动力学的复合负极材料，并利用校园落叶制作了高效的正极材料，极大地改善了钠离子电容器的整体性能。相关结果发表在《先进能源材料》上。

钠离子电容器作为一种新型储能器件，因其具有电池高能量密度和超级电容器高功率密度的优点，近年来受到广泛关注。但仍存在成本高、材料利用率低、倍率性能和循环稳定性不足等问题。此外，现有钠离子电容器阳极材料的单位重量储能量远小于阴极材料的单位重量储能量，为了使两者具有相同的储电量，必须制作大而厚的阳极，这也限制了钠离子电容器在储能领域的广泛应用。

作为负电极材料，它需要有低电位，而正电极需要有高电位，这样电池或电容器的电压就可以很高周振简介。该团队利用当地材料和南开大学津南校区的梨叶为原料，制备高比表面积的生物质炭材料作为吸附阳极。现有的钠离子电容器大多采用商用活性炭作为正极。与市售活性炭相比，以树叶为原料制备的生物质炭材料对阴离子表现出快速吸附和解吸特性，循环稳定性突出，可提高储存容量和充放电速度。

周振的研究小组通过静电纺丝技术引入了碳纳米管，设计并制备了二氧化钛和碳纳米管均匀分散在碳材料中作为嵌入负极的纳米棒。“我们用二氧化钛制造钠离子电容器。二氧化钛具有较低的钠储存电位和固有的赝电容特性，有效提高了混合器件的能量密度和倍率性能，大大提高了总储电量和正极的充放电速度。”周振简介。碳纳米管的引入有效地促进了离子和电子的传输，有效地提高了材料的赝电容率，并进一步带来了更加突出的倍率性能。在半电池测试中，该材料显示出优异的循环稳定性。

钠离子具有较大的离子半径，易于发生表面假电容反应。为了充分发挥这一特性，该团队通过合理匹配将上述两种材料组装成钠离子电容器。该装置表现出极高的能量密度(81.2瓦·小时·千克-1)、优异的功率密度(12，400瓦·千克-1)和超长循环稳定性(在1安·克-1大电流下5000次循环的85.3%容量保持率)，有效解决了现有电容器存在的正负电极电化学反应动力学不匹配的问题，为钠离子电容器的研发提供了新思路。

最后，研究团队通过成功驱动微型风扇的实验，进一步证明了钠离子电容具有高电压输出，为以后的实用化提供了可能。

“事实上，不仅树叶，而且稻草和蔬菜叶都可以用来制作电容器阳极。如果在一定程度上进行大规模生产，将有利于环境保护的发展。”周振简介。

这项工作由国家重点研发项目资助。(马超)

《中国科学报》(2018-01-02第8版)