中科院金属所研制成功新型多孔炭材料
中科院金属所沈阳材料科学国家(联合)实验室先进炭材料研究部与澳大利亚昆士兰大学合作,设计并制备出一
种局域石墨化三维层次多孔结构的新型多孔炭材料(Hierarchical Porous Graphitic Carbon, HPGC)。该材料在高
倍率条件下同时具有很高的能量密度和功率密度,可用作超级电容器的电极材料,相关论文已发表。
该研究组提出将不同尺度孔(大孔-中孔-微孔)以三维网络形式组装,同时尽可能获得局域石墨片层结构的电极
材料设计思想。HPGC结构可有效增加离子可利用的电化学活性表面积和电化学活性,并显著降低大电流导致的电位
极化,从而获得在高倍率条件下高能量/高功率密度的电化学能量存储与转换能力。
HPGC结构的诸多特点使其制备十分困难,为此科研人员提出了采用液相无机模板方法,制备出HPGC材料。实
验结果证明,HPGC材料比活性炭和有序介孔炭材料具有更加优异的高倍率电化学能量存储与转换能力。优异的高倍
率储能性能在水系和有机系电解液中均能实现,该性能超过美国提出的PNGV(The Partnership for a New Generation
of Vehicle)功率指标。如果进一步提高电解液的工作电压,在保持优于PNGV功率密度指标的同时,还可望实现更
高的能量密度。这些实验结果表明HPGC有望成为电动汽车超级电容器用优良的电极材料。
此外,通过调节模板材料的物理化学性质,能够获得具有不同结构和理化性质如带磁性的层次孔炭材料及炭基
复合材料,这些材料在磁性分离、催化等清洁能源与环境保护领域有着广阔的应用前景。(秦芩)
