新型“雙高”混合型電化學(xué)儲能器件獲進展

鋰離子電池和超級電容器是常用的電化學(xué)儲能器件。記者從中科院大連化物所獲悉，該所研究員吳忠?guī)泩F隊在混合型電化學(xué)儲能器件方面取得新進展，構(gòu)建出具有與鋰離子電池類似搖椅式工作機理的電池—超級電容器混合儲能器件，并通過電極容量和動力學(xué)“雙匹配”策略，器件能量和功率密度實現(xiàn)了“雙高”。

據(jù)介紹，該儲能器件的性能優(yōu)于以往報道的具有搖椅式構(gòu)型的鋰離子電池—超級電容器混合儲能器件，同時也優(yōu)于電極容量或動力學(xué)不匹配的其他混合儲能器件，為“雙高”混合儲能器件的構(gòu)型設(shè)計和電極優(yōu)化策略提供了新思路。

傳統(tǒng)鋰離子電池受限于遲緩的體相反應(yīng)，功率性能較差；超級電容器利用快速的表面過程存儲電荷，能量密度較低，這兩個“種子選手”并不能滿足對能量和功率密度都有較高要求的應(yīng)用場景。

以往，研究人員主要使用電池型負極和雙電層電容型正極，但基于此構(gòu)建的器件構(gòu)型充放電過程所需的離子由電解液提供，導(dǎo)致電解液用量大，其性能還受到電池型電極和電容型電極之間極不匹配的電荷存儲容量和電極動力學(xué)的限制。

吳忠?guī)浗榻B，他們選取了具有本征鋰離子插層贗電容性質(zhì)的正交五氧化二鈮為負極，鎳鈷鋁三元氧化物（NCA）鋰離子電池材料為正極，讓鋰離子在正負極之間來回穿梭，構(gòu)建了搖椅式鋰離子電池—超級電容器混合儲能器件。

該器件中，正負極皆擁有來自氧化還原反應(yīng)的高容量，但納米結(jié)構(gòu)應(yīng)用于高壓正極，可能會帶來非活性表面重構(gòu)以及不穩(wěn)定的電極/電解液界面等問題。為此，研究團隊構(gòu)筑了三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，以協(xié)同降低充放電過程中的內(nèi)阻和極化，最終使正負極具有高度匹配的容量和倍率性能。

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