中大新聞網訊（通訊員袁湛楠）由于豐富的鉀資源，鉀基電化學儲能器件在未來大規模儲能系統中具有較大的應用潛力。鉀基電化學儲能器件可以分為電池型和電容型儲能器件。在各種鉀基電化學儲能器件中，雙碳型鉀離子混合電容器 (PICs) 和鉀雙離子電池 (PDIBs) 由于正負極都可以采用碳材料，因此具有成本低、環境友好等優點。在這兩種類型的儲能器件中負極都可以采用具有陽離子的電池型儲能行為的碳材料，因此碳材料的類型可以相同。不同的是，PICs和PDIBs的正極分別采用活性炭和石墨類碳材料，導致它們的正極具有相應的電容型和電池型儲能機制。所以，碳正極的不同微觀結構使得PICs和PDIBs分別具有較高的功率和能量密度。同時，也導致PICs的低能量密度和PDIBs的低功率密度。
材料科學與工程學院閻興斌教授團隊針對上述問題，通過調控碳正極的微觀結構，制備了一系列具有不同微觀結構的碳正極材料，實現了雙離子電容器-電池混合器件 (DICB) 的構建，并通過對混合器件動力學和儲能機理的研究，得出以下主要結論：1) 具有高度無序化和贗石墨混合微觀結構的碳正極材料，可以使構建的DICB在1.5-4.5 V下可獲得高能量 (320.4 Wh kg-1) 和高功率密度 (15.9 kW kg-1); 2) 采用贗石墨和類石墨混合結構的碳正極在1.5-5.0 V的電壓范圍內可進一步提高DICB的能量密度 (351.7 Wh kg-1)，3) DICB同時實現較高的能量和功率密度主要歸因于：碳正極的混合微觀結構使DICB在不同的電壓范圍內實現了不同的儲能機制，電容型儲能機制可以在高無序和贗石墨化的碳結構中進行，電池型儲能機制可以在贗石墨化和類石墨的碳結構中進行。
雙離子電容器-電池混合器件正極碳材料微觀結構演變、器件構建以及其能量和功率密度
相關研究成果以“Tailoring Carbon Cathode Microstructure for Synergistic Integration of Hybrid Ion Capacitor and Dual-Ion Battery”為題在線發表在Weily旗下期刊Advanced Functional Materials上 (DOI: 10.1002/adfm.202314962)。材料科學與工程學院2020級博士生姚倩倩為第一作者，通訊作者是閻興斌教授及其團隊的朱劍副教授。材料科學與工程學院為論文唯一完成單位。該研究工作受到國家重點研發計劃項目、國家自然科學基金、廣東省基礎與應用基礎研究基金、中山大學高校基本科研業務費的大力支持。
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202314962?af=R
