突破！我校研究成果首登世界四大名刊PNAS

近日，宁波工程学院杨为佑乌克兰外籍院士团队和湖南大学陈鼎教授团队，通过碳纳米纤维气凝胶的结构设计和调控，实现了兼具高能量密度和长循环充放电寿命的超级电容器研发，研究成果以“High energy density and extremely stable supercapacitors based on carbon aerogels with 100% capacitance retention up to 65,000 cycles”为题发表在国际著名学术期刊PNAS上。

PNAS是《美国科学院院报》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America）的缩写，是公认的世界四大名刊（Nature、Science、Cell和PNAS）之一。

新颖高效的能源储能器件研发是支撑碳中和战略的核心和关键之一。超级电容器具有功率大、充放电速度快和循环稳定性高等系列优点，在国防军工、轨道交通、城市公交、发电与智能电网、消费电子等领域，具有广泛的应用前景。目前，活性炭材料在超级电容器电极材料商业市场中占据主流地位，然而其储能密度仍处于较低水平（一般小于10 Wh kg^-1）。多孔碳材料由于表面化学丰富、孔结构可控等结构优势备受关注。传统的活化方法和模板法可有效调控孔结构，进而改善材料比电容和能量密度，但依然存在工序复杂、环境危害大、成本较高等实际问题。另外，广见报道的多孔碳材料结构调控策略大多侧重于提高储能密度，开发兼具高比电容和长循环寿命的多孔碳材料仍是一项巨大挑战。

宁波工程学院杨为佑团队和和湖南大学陈鼎团队，发展了一种基于软模板（Zn-1,3,5-Benzenetricarboxylic acid：Zn-BTC）辅助细菌纤维素碳化的简单方法，制备出具有三维纳米纤维网络结构的分级多孔碳气凝胶。高分散性细菌纤维素纳米纤维与Zn-BTC中的锌离子之间存在较强的亲和力，碳化过程中锌蒸汽可对碳纤维骨架进行蚀刻，进而实现碳纳米纤维的缺陷及其微孔/介孔分布的有效调控，同时不引入金属/非金属赝电容位点。在1 A g^-1电流密度下，其三电极体系比电容达352 F g^-1，高于纤维直接衍生碳（178F g^-1）和大多已有报道的活性炭材料的比电容（通常低于250 F g^-1）。以碳气凝胶作为电极对称组装而成的超级电容器，在功率密度为0.60 kW kg^-1时，其能量密度可达14.83 Wh kg^-1，循环充放电65,000次后电容保留率为100%，展现出优异的综合储能特性，在先进能源器件中具有良好的应用前景。

论文第一作者为博士研究生马宇，陈鼎教授、刘乔博士、杨为佑研究员为通讯作者，方志、郑亚鹏、徐尚、卢宪露等博士研究生、李维俊博士和邵刚教授等参与了部分研究工作，该项研究得到了宁波市顶尖人才科技项目和国家自然科学基金资助。

Yu Ma, Ding Chen^*, Zhi Fang, Yapeng Zheng, Weijun Li, Shang Xu, Xianlu Lu, Gang Shao, Qiao Liu^*, Weiyou Yang^*, High Energy Density and Extremely Stable Supercapacitors Based on Carbon Aerogels with 100% Capacitance Retention up to 65,000 Cycles, PNAS, 2021, DOI: 10.1073/pnas.2105610118.

编辑：陈诺

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