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  超級(jí)電容器是一種新型儲(chǔ)能裝置，它具有充電時(shí)間短、循環(huán)使用壽命長(zhǎng)、溫度耐受性好和綠色環(huán)保等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。超級(jí)電容器用作車輛的牽引能源可以用于電動(dòng)汽車、替代傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)，如中車株機(jī)公司生產(chǎn)的超級(jí)電容有軌電車；用作大電流啟動(dòng)電源，啟動(dòng)效率和可靠性都比傳統(tǒng)的電池高，如空客A380飛機(jī)上的安全門；用在軍事上可保證坦克車、裝甲車等戰(zhàn)車的順利啟動(dòng)（尤其是在寒冷的冬季），另外其超大功率特性使它可以作為激光武器的脈沖能源等。

  目前，商用的超級(jí)電容器電極材料主要以活性碳為主，但是活性碳具有孔徑分布范圍小，石墨化程度低等缺點(diǎn)，不利于電解液滲透和電荷傳輸，難以滿足超高功率電容器的需求。石墨烯和碳納米管等新型碳材料雖然在雙電層電容器應(yīng)用中表現(xiàn)出一定的應(yīng)用前景，但目前仍無(wú)法克服石墨烯易堆疊，碳納米管易纏繞等缺點(diǎn)，使得它們的可利用表面積大大降低；而三維多孔石墨烯由于其制備復(fù)雜，造價(jià)昂貴等也限制了其大規(guī)模應(yīng)用。利用聚合物催化石墨化的方法制備石墨化多孔碳雖然也有所報(bào)道，但通常由于聚合物的內(nèi)部官能團(tuán)以及孔道較少，使得催化劑離子難以吸附到內(nèi)部，因此很難提高碳材料整體的石墨化程度。

  近期，湖南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院陳小華教授課題組的博士生劉正和碩士生曾瀛通設(shè)計(jì)合成了高度石墨化的層次孔結(jié)構(gòu)碳微球。該多孔碳微球在大電流密度下具有杰出的電容性能，能夠滿足未來(lái)超級(jí)電容器的高功率、大能量密度需求。此工作的另一個(gè)突出貢獻(xiàn)是首次用熱力學(xué)原理闡述了氫氧化鉀在熱處理活化含鐵氧化物聚合物時(shí)，鉀蒸氣輔助提高碳材料石墨化程度的機(jī)理，為同行制備高度石墨化的多孔碳材料提供了一個(gè)非常好的理論依據(jù)。該成果發(fā)表在國(guó)際電化學(xué)能源雜志《Journal of Power Sources》上，題為“Potassium vapor assisted preparation of highly graphitized hierarchical porous carbon for high rate performance supercapacitors”。

圖1、 石墨化多孔碳微球的制備流程圖

圖2、 一步法和兩步法制備的石墨化多孔碳微球的電鏡照片及孔徑分布情況

圖3、 鉀離子輔助石墨化機(jī)理圖

圖4、 材料的電化學(xué)性能圖

  劉正和曾瀛為該論文的共同第一作者。

  文章鏈接http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775317308418。

  該工作也是陳小華教授課題組今年在碳材料應(yīng)用于超級(jí)電容器相關(guān)領(lǐng)域發(fā)表的第二篇文章，另一篇較早發(fā)表在碳材料權(quán)威期刊《Carbon》上。

  http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0008622317302178。