在中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所“一三五”重點培育項目和國家自然科學(xué)基金等項目的資助下，蘭州化物所清潔能源化學(xué)與材料實驗室在高能量密度超級電容器研究方面取得新進(jìn)展。

作為一種新型的儲能器件，鋰離子混合超級電容器具有比常規(guī)超級電容器更高的能量密度，因此近年來備受研究者和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。然而，目前所報道的鋰離子混合電容器存在大功率放電條件下動力不足的缺點，其主要原因為混合電容器的正負(fù)極材料之間存在動力學(xué)不匹配的問題。

基于此，蘭州化物所研究人員通過對各種鋰電電極材料的本征結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行深入研究和分析，提出了有效解決正負(fù)電極材料動力學(xué)不匹配的新思路，即采用具有贗電容特性的氮化釩電極材料取代常用電池型的負(fù)極材料（如石墨、鈦酸鋰等）。研究人員通過進(jìn)一步添加石墨烯，成功制備出了具有三維結(jié)構(gòu)的氮化釩/石墨烯復(fù)合材料，從而極大提高了原有氮化釩電極材料的比容量、動力學(xué)性能和循環(huán)穩(wěn)定性。在此基礎(chǔ)上，將氮化釩/石墨烯復(fù)合材料作為負(fù)極，將前期自行研發(fā)的高比表面積多孔炭作為正極，組裝出了兼具高能量密度和高功率密度的鋰離子混合超級電容器。該器件工作電位窗口可達(dá)4 V，能量密度高達(dá)162 Wh/kg，且具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性，展示了良好的商業(yè)應(yīng)用前景，為設(shè)計和研發(fā)高比能超級電容器提供了新的思路和方法。該研究工作近期在線發(fā)表在Advanced Functional Materials上。