高性能石墨烯基超级电容器研究中取得重要进展

超级电容器作为新型储能器件，具有功率密度高、充电时间短、使用寿命长等优点，但其能量密度一直受限于电极材料的性能。中科院电工所马衍伟课题组通过金属镁热还原二氧化碳气体，成功制备出富含孔道结构的石墨烯电极材料。

基于此石墨烯研制的超级电容器，在水系和有机电解液中表现出优异的功率特性和循环寿命，在功率密度为 1 kW/kg的时候，能量密度高达80 Wh/kg，远高于目前商业化活性炭基超级电容器；并且当功率密度达到20 kW/kg时，能量密度仍能保持在33 Wh/kg。结果表明该石墨烯基超级电容器在高功率/高能量密度的动力储能器件上具有广阔的应用前景。相关成果发表在Nature旗下期刊Scientific Reports杂志（Sci. Rep., 2013, 3: 3534）。

此外，通过控制热还原反应温度，课题组还首次实现了对不同结构碳纳米材料的可控制备，其中包括管状碳纳米结构和中空碳纳米盒子。该项工作对宏量可控制备碳纳米材料具有指导意义。
相关研究工作得到北京市科委和中国科学院项目的支持。

图1：镁热还原制备的碳纳米材料

(a-b) 石墨烯透射电镜照片；(c-d) 管状碳纳米结构透射电镜照片；(e-f) 中空碳纳米盒子透射电镜照片

图2：碳纳米材料的形成机理

(A-C) 石墨烯的形成图示；(D-E) 管状碳纳米结构的形成图示；(G-I) 中空碳纳米盒子的形成图示