同濟大學汽車學院張存滿教授課題組聯(lián)合通用汽車全球研發(fā)中心Mei Cai博士課題組近期在Energy & Environmental Science(Energy Environ. Sci., 2016,9, 102-106, IF=20.523)發(fā)表論文“Nitrogen-doped activated carbon for a high energy hybrid supercapacitor”。該校汽車學院李冰副教授為論文第一作者，張存滿教授與Mei Cai博士為論文的共同通訊作者。該項目得到中國博士后國際交流項目和同濟大學-通用汽車全球研發(fā)中心聯(lián)合項目的資助。

超級電容器和鋰離子電池是目前受關(guān)注度最高、應(yīng)用前景最好的兩類電化學儲能技術(shù)。超級電容器具有很高的功率密度(可達10kW/kg以上)和超長的循環(huán)壽命(通常10萬次以上)，但其能量密度很低(通常低于10 Wh/kg);鋰離子電池具有很高的能量密度(目前產(chǎn)品可達100-200 Wh /kg)，但其功率密度較低(通常低于1000 W/kg)且循環(huán)壽命較短(通常低于2000次)。功率密度的高低通常對應(yīng)著充電時間的長短，功率密度越高，充電時間越短。作為車用動力儲能系統(tǒng)和電網(wǎng)儲能系統(tǒng)的實際應(yīng)用而言，通常希望儲能電池既具有高的能量密度又具有高的功率密度，而且還兼具長的循環(huán)壽命。相比超級電容器，鋰離子電池唯一的優(yōu)勢是具有高能量密度，如果把鋰離子電池的儲能原理融入超級電容器中，就有可能尋找到最完美的解決方案。

該論文以自主研發(fā)的氮摻雜超級活性炭作為混合電容器的正極材料，以自主研發(fā)的硅炭材料作為混合電容器的負極材料，創(chuàng)新性地研發(fā)出高能量密度的鋰離子超級電容器。該氮摻雜活性炭正極材料在高能量混合電容器中起著決定性作用，課題組利用農(nóng)業(yè)廢棄物的玉米芯作為前驅(qū)體，以氨氣作為氮源，制得比表面積高達 2800 m2/g以上的氮摻雜活性炭。該新型混合超電容器在1747 W/kg功率密度下，能量密度高達230 Wh/kg(基于活性材料計算)，而在141Wh/kg能量密度(基于活性材料計算)下，其功率密度可高達30 kW/kg，其循環(huán)壽命達到8000次以上。該研究成果為研發(fā)下一代高性能儲能技術(shù)提供了新的科學視角，可能具有巨大的商業(yè)化應(yīng)用潛力。