近日，劉忠范院士和魏迪研究員等人發(fā)現(xiàn)，使用多級結構三維石墨烯泡沫作為電極制備的超級電容器（Supercapacitor, SC）在光照下，由于光熱效應，器件的電容、能量密度和功率密度都得到大幅提高。這項工作為太陽能應用提供了新的途徑，為能源存儲設備的開發(fā)提供了新的設計思路。相關成果以“Solar thermal-driven capacitance enhancement of supercapacitors”為題發(fā)表在能源領域著名期刊Energy & Environmental Science（IF=30.067）上。

使用全光譜高光吸收率和高熱導率的多級結構三維石墨烯作為電極的超級電容器，在全太陽光譜范圍內具有> 92.88％的光吸收率。在標準太陽光照下，表面溫度變化（ΔT）可達約39℃。室溫下與無光照時相比，在標準太陽光照射下，贗電容型超級電容器的電容、能量密度和功率密度分別增加到?1.5倍，?1.5倍和?1.6倍；雙電層型超級電容器的電容增加到?3.7倍。這種概念和策略具有普適性，不僅適用于多級結構石墨烯材料，還可應用于其他基于高光熱轉換效率材料的超級電容器，如其他碳材料和納米結構金屬粒子（如金、鋁）等。并且它也可以應用于如電池等其他類型的儲能器件。基于我們發(fā)現(xiàn)的新現(xiàn)象，可進一步發(fā)展新型傳感器件如觸發(fā)器、光學或溫度傳感器等。光熱效應致使性能提高的策略有望作為一種環(huán)?？沙掷m(xù)的技術手段來解決儲能器件在寒冷冬天或極限低溫環(huán)境條件下的性能下降問題。

（a）通過光熱效應增加SC電容的示意圖；（b）超級電容器的光學照片；（c）戴在手指上的超級電容器的照片；（d）三維多級結構石墨烯的SEM全局圖像；（e）在三維多級結構石墨烯自支撐骨架表面的石墨烯納米片的SEM放大圖像。