木头制备的超高性能全固态超级电容器

生物质材料的价格低、对环境无污染、在自然界储量高，在制备微米/纳米级多孔碳材料领域备受青睐。木头是自然界中广泛存在的生物质原料，是天然的生物质材料，近些年来在储能、医药、电子等领域都有广泛的应用。树木从土壤中汲取水分，沿着其生长方向具有许多的孔道，在孔道内部具有许多的微孔和介孔，经过高温碳化后可保持原有的三维立体结构，具有较好的导电性，可单独作为自支撑电极使用；其内部存在的大量孔道，可为其他活性物质负载提供较高的比表面积，也可作为导电基底使用。近日，华南理工大学的黄建林副教授（点击查看介绍）和美国佐治亚理工大学的刘美林教授（点击查看介绍）以木头作为前驱体，制备了一种高性能的全固态超级电容器。

华南理工大学黄建林老师团队通过高温煅烧木头制备出一种三维多孔木头碳基材料（CW）。碳化后木头不仅保持原三维立体结构，而且具有较好的机械性能和较高的导电性。将其作为基底，用电化学沉积的方式将Co(OH)₂纳米片直接负载在其表面及孔道内部，用作超级电容器电极。三维多孔木头碳基材料（CW）不仅可以提高制备电极的导电率，并且其内部丰富的孔道能够为Co(OH)₂纳米片的负载提供较高的比表面积，提高活性物质Co(OH)₂的负载量（高达5.7 mg/cm² ）。组装的以CW@Co(OH)₂电极和CW电极分别为阳极和阴极、PVA/KOH凝胶为电解质的三明治结构全固态非对称超级电容器，展现出优异的电化性能。当电流密度为1 mA/cm²时，该装置的面积比电容高达2.2 F/cm²，当将电流密度增扩大20倍，面积比电容保持率为59%；最大体积比电容和能量密度分别为14.19 F/cm³ and 4.45 Wh/cm³；循环充放电10000圈后，比电容保持率仍高达85%；将两个非对称电容器装置串联并充电后可点亮电压为2.5 V、1 W的LED灯，并且可持续约30 min。

采用木头为前驱体制备导电的生物质碳材料具有成本低、对环境无污染、安全性能高和导电性好等优点，不仅可以在超级电容器中应用，也可用于其他储能器件。

这一成果近期发表在Advanced Functional Materials 上，文章的第一作者是华南理工大学硕士研究生王亚萌和林湘君。

该论文作者为：Yameng Wang, Xiangjun Lin, Ting Liu, Heng Chen, Shuai Chen, Zhongjie Jiang, Jiang Liu, Jianlin Huang, and Meilin Liu

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Wood-Derived Hierarchically Porous Electrodes for High Performance All-Solid-State Supercapacitors

Adv. Funct. Mater., 2018, 28, 1806207, DOI: 10.1002/adfm.201806207

黄建林副教授简介

黄建林，博士，副教授。于2011年上海师范大学获得环境科学专业博士学位，曾先后在德国耶拿大学（Jena）化学系表面化学与催化研究中心；加拿大麦吉尔大学（McGill）做博士后研究。2013年底回国加入中国科学院山西煤炭化学研究所（海外优秀青年人才引进），2015年12月调入华南理工大学（广东省引进创新创业团队核心成员之一）。主要从事新型孔结构和形貌控制纳米材料的合成、能量储存与转换柔性材料、柔性电子与器件开发等应用研究。先后在Adv. Funct. Mater.、J. Am. Chem. Soc.、Chem. Mater.、Chem. Sci.、Green Chem. 等国际权威杂志上发表SCI论文30余篇，累计被引用200余次，申请专利10余件，其中授权6件。是Green Chem.、ACS Sustainable Chem. Eng. 等国际期刊特约审稿人。主要研究领域为柔性电子功能薄膜材料的设计及其柔性电子器件应用开发；多孔纳米材料构筑及其绿色高效催化；柔性电子的基础研究、应用基础研究、商用技术研究。

黄建林

https://www.x-mol.com/university/faculty/53034

刘美林

https://www.x-mol.com/university/faculty/48485