供稿人:汪鑫 李滌塵 發(fā)布日期：2018-11-15
超級(jí)電容，又名電化學(xué)電容，雙電層電容器、黃金電容、法拉電容，是從上世紀(jì)七、八十年代發(fā)展起來(lái)的通過(guò)極化電解質(zhì)來(lái)儲(chǔ)能的一種電化學(xué)元件。它不同于傳統(tǒng)的化學(xué)電源，是一種介于傳統(tǒng)電容器與電池之間、具有特殊性能的電源，主要依靠雙電層和氧化還原贗電容電荷儲(chǔ)存電能。但在其儲(chǔ)能的過(guò)程并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這種儲(chǔ)能過(guò)程是可逆的，也正因?yàn)榇顺?jí)電容器可以反復(fù)充放電數(shù)十萬(wàn)次。
目前，西北工業(yè)大學(xué)黃衛(wèi)東[1]課題組，利用SLM工藝打印了具有有序多孔結(jié)構(gòu)的鎳鐵合金/ 聚苯胺超級(jí)電容器。眾所周知，電池儲(chǔ)能容量的大小和孔隙的大小、分布以及多少密切相關(guān)，傳統(tǒng)造孔方式造出的孔通常不均勻，并且難以實(shí)現(xiàn)有序化，而通過(guò)利用3D打印方式，可以輕松實(shí)現(xiàn)均勻孔隙的有序分布。
圖1 選擇性激光熔融（SLM）制造有序多孔結(jié)構(gòu)
圖2 聚苯胺（PAN）沉積示意圖
研究發(fā)現(xiàn)，利用這種技術(shù)可以造出150~200微米的孔，將PAN沉積在這些微孔的表面，形成的孔直徑在300納米左右。利用多重尺度的孔，可以形成較大的比表面積，增加與電解質(zhì)的接觸面積，從而提高超級(jí)電容器的比電容，在5mV/s的掃描速度下，比電容量最大可以達(dá)到540.68 F/g。
圖3 多孔鐵鎳結(jié)構(gòu)和PAN的SEM圖片
另外，這種技術(shù)展示了SLM技術(shù)在精確制造精密結(jié)構(gòu)方面的可行性，為其在儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用提供了參考。
圖4 (a) 5mV/s時(shí)的CV曲線 (b) 不同掃描速度下的CV曲線