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近年來(lái)，純電動(dòng)車(chē)和混合電動(dòng)車(chē)等高性能新能源交通運(yùn)輸工具的發(fā)展態(tài)勢(shì)強(qiáng)勁，其中，新型的儲(chǔ)能設(shè)備的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)是一個(gè)關(guān)鍵因素。超級(jí)電容器具有功率密度高、循環(huán)使用壽命長(zhǎng)和安全性能優(yōu)異等突出的優(yōu)勢(shì)，在電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用前景巨大。多孔炭材料具有豐富可調(diào)的孔道結(jié)構(gòu)和大比表面積等特點(diǎn)，是目前使用的一類(lèi)超級(jí)電容器電極材料。然而，如何基于多孔炭材料實(shí)現(xiàn)兼具高功率密度和高能量密度的超級(jí)電容器之設(shè)計(jì)和構(gòu)筑，依然是一個(gè)富有挑戰(zhàn)性的關(guān)鍵核心問(wèn)題。

化工學(xué)部邱介山教授領(lǐng)導(dǎo)的“能源材料化工"學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)在前期工作基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展了調(diào)控碳基材料之表/界面的新技術(shù)?；谙抻蚩臻g的策略，以層狀硅鋁酸鹽蒙脫土為模板，提出并建立了插層-限域碳化-活化的新技術(shù)路線，實(shí)現(xiàn)了二維多孔片狀炭材料的可控合成，并用于高性能超級(jí)電容器的設(shè)計(jì)構(gòu)筑。

二維多孔片狀炭納米材料作為超級(jí)電容器電極材料，具有突出的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：在充放電過(guò)程中電解液可以在多孔炭的內(nèi)部孔道快速傳輸，在高充放電速率下賦予電容器高倍率性能。他們發(fā)現(xiàn)，以明膠為碳源，基于這一新技術(shù)制備得到的二維片狀多孔納米炭材料，在6 mol L-1 KOH電解液中、100 A g-1的電流密度下，其比電容仍高達(dá)246 F g-1，表現(xiàn)出遠(yuǎn)優(yōu)于相同碳源的三維微米級(jí)顆粒狀多孔碳的電化學(xué)性能。該材料在水系和有機(jī)系電解液體系中，在高功率密度下均顯示出較高的能量密度。相關(guān)成果作為前封面近期發(fā)表在學(xué)術(shù)刊物Advanced Energy Materials上。

研究表明，這種合成策略可以拓展到多種類(lèi)型的其它碳源，是一種制備高性能二維多孔片狀納米碳材料的普適性新方法。這一成果為拓展和深化高性能炭基超級(jí)電容器電極材料的設(shè)計(jì)與構(gòu)筑，開(kāi)辟了新的技術(shù)途經(jīng)，也為高性能二維納米炭材料的設(shè)計(jì)合成提供了可資借鑒的新思路。

大連能源化工材料實(shí)驗(yàn)室為美國(guó)麥克儀器公司的聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)室有3Flex三站全自動(dòng)多功能吸附儀、2020研究級(jí)超高性能全自動(dòng)吸附儀以及Chemisorb化學(xué)吸附儀等多臺(tái)麥克儀器，在其超級(jí)電容器電極材料的研究中，麥克儀器公司3Flex成為其多孔炭材料表面表征的強(qiáng)有力的工具，該款儀器是一款型儀器，可兼具物理吸附、化學(xué)吸附、蒸汽吸附等多種功能，歧管、P₀ 管、分析站配備獨(dú)立的多級(jí)傳感器，NLDFT雙等溫線擬合模型使用戶(hù)能夠應(yīng)用氮吸附和二氧化碳吸附等溫線數(shù)據(jù)得到材料的全范圍孔徑分布（例如碳狹縫孔），壓汞法與氣體吸附法的數(shù)據(jù)相疊加，能夠自動(dòng)生成全范圍孔徑分布分析圖。

—部分內(nèi)容轉(zhuǎn)自大連理工大學(xué)