宽电压窗口下实现高能量密度和超长循环寿命的双碳基锂离子电容器

研究背景 

锂离子电容器将动力学依赖于阴离子吸附/解吸的正极和动力学依赖于锂离子插层/脱层的负极组合到单个器件，兼具高功率密度和高能量密度的特点，且具有更长的循环寿命，是最具潜力的下一代储能器件之一。但是，锂离子电容器对正极材料的容量和工作电压以及负极材料的倍率和循环性能也提出更高的要求。此外，从新型储能器件应用的角度出发，采用几乎相同的工艺流程和相同的前驱体制备正极和负极材料，可以极大地简化工艺流程，大幅降低器件成本，使其具有广阔的应用前景。

成果简介 

近日，中国石油大学（华东）邢伟教授团队以“Dual carbon Li-ion capacitor with high energy density and ultralong cycling life at a wide voltage window”为题在Science China Materials上发表了一篇关于双碳基锂离子电容器的研究。他们利用单一前驱体——石油焦制备了正、负极电极材料。

Schematic diagram of the PCC//PC-AC LIC device. The cell voltage of the PCC//PC-AC LIC device could tolerate 5.0 V voltage.

对于负极，通过简单的球磨和碳化工艺制备了石油焦衍生碳（PCC）, 该碳材料具有较大的压实密度（1. 80 g cm⁻³）和高电导率（11.5 S cm⁻¹）；对于正极，前驱体经氢氧化钾活化（PC-AC），获得了良好的孔隙结构，以满足快速电容行为。并用制得的正负极材料组装了双碳基锂离子电容器。测试结果表明，得益于负极的优异倍率特性和正极的高工作电位和高比容量，在宽电压窗口（0-4.5/5 V）下，组装的双碳基锂离子电容器具有良好的结构稳定性，高能量密度（231 W h kg^-1/206 W h L^-1）和超长循环寿命（高达10,000次），与商业储能器件相比，该双碳基锂离子电容器具有更广阔的应用前景。

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