超級電容材料與器件的基礎(chǔ)研究結(jié)題摘要

超級電容是目前世界關(guān)注的課題，因其功率大、循環(huán)壽命長、高低溫性能好等優(yōu)于電池的特點，在高功率激光武器、電磁炮、電網(wǎng)調(diào)頻、電動汽車等諸多領(lǐng)域有實際應(yīng)用價值，研究意義重大。超級電容雖然具有高功率和長循環(huán)壽命優(yōu)點，但能量密度很小。提高超級電容的能量密度同時保持功率和循環(huán)特性，是本項目研究的主要內(nèi)容。其中一個解決方案是采用贗電容材料作為電極材料。贗電容材料在充放電過程中發(fā)生二維法拉第反應(yīng)，因此材料的克容量很高，同時倍率性能也很好，其電化學(xué)性能表現(xiàn)為電容行為。如何制備二維結(jié)構(gòu)的贗電容電極材料，在較寬電壓范圍內(nèi)發(fā)揮其放電容量，是研究的一個重點。本項目研究了超級電容的材料與器件，主要是金屬氧化物贗電容材料（氧化鉬，氧化鉍，氧化鈦，氧化鈮等）的研究，通過二維納米材料的設(shè)計合成，與導(dǎo)電碳復(fù)合與金屬摻雜的結(jié)合，提高導(dǎo)電性，獲得高容量和高倍率性能的贗電容材料。研究設(shè)計了二維結(jié)構(gòu)的MoO3材料，通過溶劑剝離法實現(xiàn)了幾個納米厚度（2-6nm）的二維MoO3可控制備，材料表面與電解液充分接觸，Li 擴(kuò)散路徑縮短，使容量得到充分發(fā)揮，在74 mA/g電流下，可逆容量達(dá)到1100 mAh/g，接近理論容量。同時對氧化鈦，氧化鉍，氧化鈮等贗電容復(fù)合材料進(jìn)行了實驗研究，提高了材料的容量、倍率和壽命等電化學(xué)性能。贗電容金屬氧化物與活性碳正負(fù)電極構(gòu)建混合超級電容（a-Nb2O5//AC），表現(xiàn)出35Wh/kg的比能量，比功率大于2kW/kg，循環(huán)壽命達(dá)到上萬次。采用各種分析手段表征材料的物理性能，用電化學(xué)方法檢測金屬氧化物材料和超級電容器件的性能，揭示了材料和器件在充放電循環(huán)過程中的反應(yīng)機(jī)理。研究了高電壓電池體系，通過添加劑抑制電解液與正極材料在高電壓時的反應(yīng)，延長了電池壽命。項目研究結(jié)果發(fā)表了58篇高水平論文，被引用766次，申請專利12項，培養(yǎng)研究生18名。項目達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，按計劃完成任務(wù)。 2100433B

超級電容是目前世界關(guān)注的課題，因其功率大、循環(huán)壽命長、高低溫性能好等優(yōu)于電池的特點，在電網(wǎng)調(diào)頻，電動汽車，備用電源，激光武器等諸多領(lǐng)域有實際應(yīng)用價值，研究意義重大。本項目將研究三氧化鉬（MoO3）材料及其混合超級電容器件的性能，重點關(guān)注納米MoO3電極材料的合成、表征及其贗電容特性，并用MoO3與活性碳（AC）材料構(gòu)成混合超級電容，測試其單體器件的電化學(xué)性能，爭取達(dá)到長壽命（>10K 次）、高比能量（15-30 Wh/kg）、高功率（1-2 kW/kg）的目標(biāo)。關(guān)鍵是合成出高性能的MoO3納米材料并探索其可調(diào)控合成方法，獲得理想晶體結(jié)構(gòu)和孔徑結(jié)構(gòu)的薄膜材料，通過碳包覆和金屬離子摻雜方式，提高材料的電導(dǎo)率，拓寬反應(yīng)電壓范圍，構(gòu)建MoO3/AC混合超級電容體系。采用各種物理手段表征材料性能，用電化學(xué)方法檢測MoO3材料和超級電容器件性能，分析材料和器件在充放電循環(huán)過程中的反應(yīng)機(jī)理。

新能源材料與器件考研方向

新能源材料與器件學(xué)生畢業(yè)生后，可以繼續(xù)攻讀材料科學(xué)與工程、材料物理與化學(xué)、材料學(xué)、可再生能源與清潔能源、動力工程、電氣工程、電子科學(xué)與技術(shù)及其他交叉學(xué)科的碩士學(xué)位或博士學(xué)位。

新能源材料與器件就業(yè)方向

新能源材料與器件學(xué)生畢業(yè)生后，可以在新能源、新材料、光伏發(fā)電、儲能器件、電動汽車、光電照明顯示、高端裝備制造等企業(yè)事業(yè)單位的技術(shù)和行政管理部門從事應(yīng)用研究、產(chǎn)品研發(fā)、工藝與器件設(shè)計、生產(chǎn)技術(shù)和管理崗位工作，或在相關(guān)科研院所、高校從事科研和教學(xué)工作。