济南大学 物理科学与技术学院
功能微纳材料与器件实验室(光电材料与器件团队)
Functional Micro/nano Materials and Devices Lab

课题组赵刚老师荣获第十六届济南市优秀自然科学学术成果一等奖

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文章附图

   课题组赵刚老师申请的《生物炭基柔性复合储能器件的制备及电化学性能研究》荣获第十六届济南市优秀自然科学学术成果一等奖,主要完成人:赵刚,徐锡金,邵明辉,郝树华

研究内容可再生能源制备及存储成为当今社会广泛关注的热点,能量密度和储能容量高于传统电容器的超级电容器及已经商用的锂离子电池便是性能优异的热点储能器件代表。其中,炭材料仍是超级电容器和锂离子电池应用最广泛的电极材料。而传统炭资源减少和环境问题的加重,亟待传统炭电极的有效替代方案。目前分布广泛、低成本且利用率低的可再生生物质引起人们的关注,能够有效利用生物质资源的关键是将其制成先进,高效的储能材料。通过查阅和总结国内外文献确定了玉米秆炭基电极的实验方案。玉米秆炭基储能材料研究对提高可再生资源利用率,贯彻惠农政策具有重要意义,具有广阔应用前景。

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图1. MoS2/C复合纳米花的SEM和TEM图。


       本实验为玉米秸秆的处理提供一种全新的方法,并且为其他废弃农作物的处理提供一条全新的思路。通过简单的水热和退火过程成功合成了生物炭基均匀层状MoS2纳米花(MoS2/C,图1),并研究了玉米秆炭化工艺、生物炭的结构和性能。合成的MoS2/C复合结构具有326 m2 g-1的高比表面积,其次测试了作为锂离子电池负极的储能性能,以0.1A g-1的电流密度循环100次其放电容量为1129mAh g-1(图2)。

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图2 生物质炭基锂离子电池电极材料的电化学图。


       在三电极体系下测试了生物炭基复合纳米花的电化学性质,MoS2/C 纳米花结构具有高的比电容( 338.3 F g-1)和良好的循环稳定性。另外,该复合材料展示出极大的负电压窗口(-0.9 V)和高导电性(EIS测试),其性能可媲美商用活性炭成为高效的炭负极材料(图3)。这些电化学数据都证明这种生物质炭基复合结构具有优异的电化学导电性,极好的比电容和循环稳定性。总体呈现出极大的储能应用潜力。

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图3 生物质炭基超级电容器电极材料的电化学图。


主要创新点:

1、本实验为玉米秸秆的处理提供一种全新的方法,并且为其他废弃农作物的处理提供一条全新的思路。

2、通过简单的水热和退火过程成功合成了生物炭基均匀层状MoS2纳米花异质结构。

3、该复合结构具有高比表面积(326 m2 g-1)和1129mAh g-1的锂离子电池负极储能容量。并且作为超级电容器负极表现出高的比电容(338.3 F g-1)和良好的循环稳定性。