科技日報瀋陽3月29日電（記者郝曉明）鋰離子電池和超級電容器是常用的電化學儲能器件。記者從中科院大連化物所獲悉，該所研究員吳忠帥團隊在混合型電化學儲能器件方面取得新進展，構建出具有與鋰離子電池類似搖椅式工作機理的電池—超級電容器混合儲能器件，並通過電極容量和動力學“雙匹配”策略，器件能量和功率密度實現了“雙高”。
據介紹，該儲能器件的效能優於以往報導的具有搖椅式構型的鋰離子電池—超級電容器混合儲能器件，同時也優於電極容量或動力學不匹配的其他混合儲能器件，為“雙高”混合儲能器件的構型設計和電極優化策略提供了新思路。相關研究結果發表在《能源與環境科學》上。
傳統鋰離子電池受限於遲緩的體相反應，功率效能較差；超級電容器利用快速的表面過程存儲電荷，能量密度較低，這兩個“種子選手”並不能滿足對能量和功率密度都有較高要求的應用場景。
以往，研究人員主要使用電池型負極和雙電層電容型正極，但基於此構建的器件構型充放電過程所需的離子由電解液提供，導致電解液用量大，其效能還受到電池型電極和電容型電極之間極不匹配的電荷存儲容量和電極動力學的限制。
吳忠帥介紹，他們選取了具有本征鋰離子插層贗電容性質的正交五氧化二鈮為負極，鎳鈷鋁三元氧化物（NCA）鋰離子電池資料為正極，讓鋰離子在正負極之間來回穿梭，構建了搖椅式鋰離子電池—超級電容器混合儲能器件。
該器件中，正負極皆擁有來自氧化還原反應的高容量，但納米結構應用於高壓正極，可能會帶來非活性表面重構以及不穩定的電極/電解液介面等問題。為此，研究團隊構築了三維導電網絡，以協同降低充放電過程中的內阻和極化，最終使正負極具有高度匹配的容量和倍率效能。