LICs）作為一種混合型儲能器件，兼具了鋰離子電池和超級電容器的儲能特點(diǎn)。LICs的負(fù)極材料為具有鋰離子電池儲能特點(diǎn)的電極材料，通過表面的電荷轉(zhuǎn)移過程和鋰離子的嵌入/脫出過程為LICs提供較高的能量密度。而LICs的正極材料為具有超級電容器儲能特點(diǎn)的電極材料，通過雙電層電容或贗電容的儲能形式為LICs提供較高的功率密度以及較長的循環(huán)壽命。然而，目前報(bào)道的LICs負(fù)極材料（如石墨、硅、過渡金屬化合物等）仍面臨著可逆容量低、倍率性能差或循環(huán)壽命短等問題。盡管通過引入介孔通道或設(shè)計(jì)復(fù)合結(jié)構(gòu)可提高材料的儲鋰性能，但這些方法會大大提高材料合成難度及成本，限制其實(shí)際應(yīng)用。另一方面，作為LICs正極材料的活性炭雖具有很高的比表面積，但是其比表面積大部分來自于孔道半封閉、無規(guī)則的微孔。在快速的充放電過程中，很難充分利用這些微孔比表面進(jìn)行電荷儲存。尤其是在具有較大離子尺寸的有機(jī)電解質(zhì)體系中，活性炭表現(xiàn)出了較差的能量和功率輸出。正負(fù)極材料的諸多問題，限制了鋰離子電容器的性能提高和實(shí)際應(yīng)用。因此，仍需尋求低成本、高性能的新型鋰離子電容器電極材料。

【成果簡介】

近日，北京化工大學(xué)王峰教授帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)提出一種制備低成本、高性能鋰離子電容器電極材料的新策略。在該工作中，研究人員以低成本的生物質(zhì)廢棄物羊骨為前驅(qū)體，在無任何外加活化劑及模板的條件下，通過簡單的熱處理直接得到具有高缺陷密度的介孔炭材料（HDMPC）。研究發(fā)現(xiàn)，羊骨中的羥基磷灰石在熱解過程中逐步釋放出水蒸氣和二氧化碳，進(jìn)而對膠原基炭材料進(jìn)行原位活化，得到了具有比表面積高、本征缺陷及雜原子誘導(dǎo)缺陷豐富的介孔炭材料。豐富的缺陷和獨(dú)特的孔結(jié)構(gòu)賦予了HDMPC電容和電池的儲能特征。在半電池測試中，HDMPC作為正極和負(fù)極材料都表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能。以HDMPC作為正負(fù)材料的鋰離子電容器表現(xiàn)出了高的能量密度（106.4Whkg-1）和功率密度（88.8kWkg-1），以及優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性（循環(huán)8000次后仍具有88.3%的初始容量）。該成果以題為“Porouscarbonelectrodeswithbattery-capacitivestoragefeaturesforhighperformanceLi-ioncapacitors”發(fā)表在EnergyStorageMaterials上。

【總結(jié)】

研究人員以低成本的生物質(zhì)廢棄物羊骨為前驅(qū)體，通過直接熱解法制備得到了高缺陷的介孔炭材料。豐富的缺陷及獨(dú)特的孔結(jié)構(gòu)使得該材料兼具電池-電容的儲能特點(diǎn)，無論作為正極和負(fù)極材料都表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能。以該材料作為正負(fù)極的鋰離子電容器具有高的能量密度和功率密度，以及優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。該工作不僅為多孔炭材料的制備提供了一種低成本、綠色高效的方法，也為高性能鋰離子電容器的組裝設(shè)計(jì)提供了新思路。