新型“双高”混合型电化学储能器件获进展

科技日报沈阳3月29日电 （记者郝晓明）锂离子电池和超级电容器是常用的电化学储能器件。记者从中科院大连化物所获悉，该所研究员吴忠帅团队在混合型电化学储能器件方面取得新进展，构建出具有与锂离子电池类似摇椅式工作机理的电池—超级电容器混合储能器件，并通过电极容量和动力学“双匹配”策略，器件能量和功率密度实现了“双高”。

据介绍，该储能器件的性能优于以往报道的具有摇椅式构型的锂离子电池—超级电容器混合储能器件，同时也优于电极容量或动力学不匹配的其他混合储能器件，为“双高”混合储能器件的构型设计和电极优化策略提供了新思路。相关研究结果发表在《能源与环境科学》上。

传统锂离子电池受限于迟缓的体相反应，功率性能较差；超级电容器利用快速的表面过程存储电荷，能量密度较低，这两个“种子选手”并不能满足对能量和功率密度都有较高要求的应用场景。

以往，研究人员主要使用电池型负极和双电层电容型正极，但基于此构建的器件构型充放电过程所需的离子由电解液提供，导致电解液用量大，其性能还受到电池型电极和电容型电极之间极不匹配的电荷存储容量和电极动力学的限制。

吴忠帅介绍，他们选取了具有本征锂离子插层赝电容性质的正交五氧化二铌为负极，镍钴铝三元氧化物（NCA）锂离子电池材料为正极，让锂离子在正负极之间来回穿梭，构建了摇椅式锂离子电池—超级电容器混合储能器件。

该器件中，正负极皆拥有来自氧化还原反应的高容量，但纳米结构应用于高压正极，可能会带来非活性表面重构以及不稳定的电极/电解液界面等问题。为此，研究团队构筑了三维导电网络，以协同降低充放电过程中的内阻和极化，最终使正负极具有高度匹配的容量和倍率性能。