廈大團隊在承載儲能一體化電容器領(lǐng)域取得重要進展

　　近日，記者從廈門大學獲悉，該校材料學院白華教授與胡曉蘭副教授在承載儲能一體化電容器的研究中取得重要進展，相關(guān)成果發(fā)表于《自然·通訊》(Nature Communications)。

　　承載儲能一體化器件(LEID)又稱結(jié)構(gòu)功能一體化材料，是一種同時具有力學承載能力和電化學儲能能力的高強度復合材料。“如果汽車外殼、底盤等結(jié)構(gòu)部件可以作為電源使用，則能夠在不增加專用電源質(zhì)量和體積的前提下提升系統(tǒng)總能量密度。”白華說，LEID的概念已經(jīng)提出了多年，但兼具高機械性能和電化學性能的器件的報道少之又少，原因在于缺乏高強度固體電解質(zhì)，且缺乏器件結(jié)構(gòu)和材料層面獨特的設(shè)計。

　　白華與胡曉蘭系統(tǒng)地研究了聚合物基固態(tài)電解質(zhì)及其在可加工的承載儲能一體化超級電容器中的應(yīng)用，制得了具有高離子電導率和高機械強度的雙連續(xù)相聚合物固態(tài)電解質(zhì)EP50。在此基礎(chǔ)上，團隊以碳纖維織物作為電極、玻璃纖維織物作為隔膜，同時二者也作為復合材料的增強體，并以固態(tài)電解質(zhì)EP50作為復合材料的基體，可以制得承載儲能一體化超級電容器。

　　據(jù)白華介紹，1萬次循環(huán)測試后電容保持率為92%，反映了器件具有優(yōu)異的儲能性能和循環(huán)穩(wěn)定性。同時，器件的彎曲斷裂強度、彎曲模量均顯著高于常見的工程塑料。此外，器件還承受鉆孔、切割等二次加工，而不損失其能量存儲能力。因此，器件可以作為承載材料使用，并利用傳統(tǒng)的加工組裝方式集成到系統(tǒng)之中。

　　值得一提的是，團隊進一步設(shè)計了兩種多層LEID結(jié)構(gòu)一體化器件的結(jié)構(gòu)(連通型和分隔型)，并進行了比較研究。結(jié)果表明，連通型的多層器件只能工作在并聯(lián)模式下，而分隔型的多層器件可以工作在串聯(lián)和并聯(lián)兩種模式下，雖然制備較為復雜，但是具有靈活的工作方式。

　　據(jù)了解，這是已有的文獻中首次對多層電化學LEID的結(jié)構(gòu)設(shè)計和性能進行研究，證實了通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，LEID可以以靈活的方式為提高移動系統(tǒng)的能量密度提供解決方案。該研究工作得到國家自然科學基金、廈門市青年創(chuàng)新基金等的資助。(記者 林霞)