杨儒、王峰课题组：构建高性能钾离子混合电容器的新策略

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材料学院杨儒教授和王峰教授研究团队联合在国际权威期刊《Advanced Functional Materials》（IF=15.621）上合作发表了题为“Kinetics Enhanced Nitrogen-Doped Hierarchical Porous Hollow Carbon Spheres Boosting Advanced Potassium-Ion Hybrid Capacitors”的研究论文，报道了一种构建高性能钾离子混合电容器的新策略。

       当今储能领域对于兼具高能量与功率密度的储能设备的需求日益增长，这推动了以混合电容器为代表的新兴储能系统的发展。由于比锂更高的自然丰度、比钠更低的氧化还原电位以及溶剂化离子半径，基于钾的钾离子混合电容器被认为是一类极具应用价值的新型混合电容器。然而，由于当前对钾离子混合电容器的研究尚处于起步阶段，鲜有关于高性能钾离子混合电容器的报道。因此，深入探究钾离子混合电容器设备架构的优化原则、了解设备内部的反应动力学对于推动钾离子混合电容器的发展具有重要意义
在该研究中，研究人员首先成功的将具有优异粘结性能的海藻酸钠应用于解决碳质材料涂覆性能不佳的问题，制备出兼具高可逆容量、优异倍率性能与长久循环稳定性的钾离子混合电容器负极。结果表明，以海藻酸钠作为粘结剂的纳米炭球具有最佳的储钾能力，在0.1C（1C=280 mA g−1）的电流密度下具有322 mA h g−1的可逆比容量，在20C的高电流密度下仍具有134 mA h g−1的可观比容量，而且还具有优异的循环能力（5C的电流密度下循环500次后容量保持率为81%）。结合动力学分析和密度泛函理论计算分析了该纳米炭球优异的电化学性能的根本来源，并采取针对性实验论证了海藻酸钠的粘结机理。最终，分别以该纳米炭球和其活化产物为负极和正极，海藻酸钠为粘结剂成功构建了具有高能量/功率密度（114.2 Wh kg−1， 8203 W kg−1）以及长循环能力（2 A g−1的电流密度下5000次循环后容量保持率为80.4%）的全炭钾离子混合电容器。这项工作为钾离子混合电容器未来的发展和应用提供了新的参考途径。
      本文第一作者为我院博士研究生邱大平，杨儒教授、王峰教授为本文的通讯作者。本研究工作得到了国家自然科学基金的资助。
      文章信息：Daping Qiu, Jingyu Guan, Min Li, Cuihua Kang, Jinying Wei, Yan Li, Zhenyu Xie, Feng Wang,* and Ru Yang*, Kinetics Enhanced Nitrogen-Doped Hierarchical Porous Hollow Carbon Spheres Boosting Advanced Potassium-Ion Hybrid Capacitors, Adv. Funct. Mater. 2019, 29, 1903496.
      全文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.201903496  
      石峰，北京化工大学教授，博士生导师。2008年9月被聘为北京化工大学教授，博士生导师，获得2014优秀青年基金资助。主要工作围绕“多尺度超分子组装及构筑基元扩散过程的研究”这一主题，在宏观构筑基元的可控运动及超分子组装等领域展开研究，，提出并发展了“功能协同的智能器件”和“柔性间隔层”的概念，建立了“宏观构筑基元的可控运动是实现其超分子组装的先决条件”和“引入柔性间隔层是实现宏观构筑基元间超分子相互作用的重要设计原则”的思想。在Adv. Mater., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Funct. Mater., NPG Asia Materials, Small等期刊上发表SCI论文58篇（其中通讯作者论文34篇），论文被SCI他引2105次。
       杨儒 ，男，1963年11月26日出生，山西人，北京化工大学材料科学与工程学院教授，研究室主任，博士生导师。主要从事纳米材料制备新技术、功能陶瓷材料、纳米催化新材料等方面的研究。曾负责和参与了国家重大攻关项目、863、国家自然科学基金、教育部重大科技项目、北京自然科学基金、北京市科委重大科技项目、企业合作项目等。发表学术刊物论文100余篇，出版参编著作1本，授权国家发明专利20余件。材料科学与工程学院学术委员会委员、教授指导委员会委员和教学委员会委员，北京化工大学工会副主席，超细材料与先进陶瓷研究室主任，炭及无机功能系主任。荣获2004年教师节北京化工大学优秀教师的光荣称号。现任中国化工学会会员，中国化工学会无机酸碱盐专业委员会学术带头人，《北京化工大学学报》编委。