吕建国/朱智源/徐志伟/叶志镇Nano Energy：NiTe2基高电容交流滤波电化学电容器调制TENG稳定驱动LED

交流电-直流电转换是一项关键的电学技术，可用于大多数电网供电的电力电子产品和不稳定能量采集装置的调制处理。目前，铝电解电容器是最常用的电子交流滤波器件。遗憾的是，它的大体积和低比电容使其难以在微型器件中进一步发展。近年来，越来越多的研究人员探索使用电化学电容器来替代铝电解电容作为滤波电容，即超级电容器滤波应用。超级电容器具有非常高的比电容，可以大幅降低器件尺寸，稳定滤波电压，具备优秀的滤波应用潜力。

近期，浙江大学材料学院叶志镇院士团队的吕建国副研究员、西南大学朱智源教授、浙江大学海洋学院徐志伟教授合作研发了NiTe₂基交流滤波电化学电容器，具有优异的低频交流滤波性能，可广泛应用于市电等低频电路和电子线路领域。该超级电容器器件在120赫兹交流电下，表现出优秀的电化学性能，面积比电容达到了846.47 μF cm^–2，负相位角也有52.7度，表现出优秀的滤波能力。在整流滤波测试中，也表现出比商业铝电解电容更优秀的实际滤波表现。不仅如此，NiTe₂基超级电容器还和摩擦纳米发电机（TENG），LED共同组成了一套电力系统，NiTe₂基滤波电容可以完美的将TENG输出滤波为直流电，平稳驱动LED发光，证明其实际应用的能力。

图文解读

图 1 NiTe₂材料形貌表征图。

（a-b）NiTe₂纳米片在不同放大倍数下的扫描电镜图片，垂直取向的纳米片有利于电解液离子在材料表面的快速传输和扩散，同时增加了材料的比表面积。

（c）3000次循环后的NiTe₂电极表面，形貌基本没有太大变化。

（d-f）NiTe₂纳米片的TEM表征照片。

图 2 NiTe₂电极EIS测试。

（a）Nyquist图，表现出理想的电容性，等效串联电阻仅0.69 Ω。

（b）Bode图，120 Hz时NiTe₂超级电容器负相位角达到了52.7°，仍然保持良好的电容特性。

（c）120 Hz交流比电容为846.47μF cm^–2，非常优异的的比电容性能。

（d）虚实电容曲线，电容器放电效率超过50%所需的时间仅7.3 ms，具备快速充放电响应。

图 3 NiTe₂超级电容器整流滤波电路测试。

（a）整流滤波电路的示意图。

（b）商业AEC与NiTe₂超级电容器的滤波效果对比。

（c）商业AEC与NiTe₂超级电容器的滤波纹波电压对比，NiTe₂超级电容器表现出比AEC更强的实际滤波能力。

（d-f）输入方形波，锯齿波和噪声波后的滤波效果。

图 4 NiTe₂超级电容器调制TENG稳定驱动LED。

（a）TENG驱动LED的整流滤波电路示意图，滤波电容的介入可以将TENG脉冲信号转化为平稳的直流电，使下游的LED灯泡由闪烁变为平稳发亮。

（b-c）TENG与超级电容器基滤波电容共同组成的发电滤波电路实际照片。

该工作以NiTe₂-based electrochemical capacitors with high-capacitance AC line filtering for regulating TENGs to steadily drive LEDs为题目发表于《Nano Energy》。论文第一作者为浙江大学材料科学与工程学院博士生汤海潮，共同第一作者为浙江大学海洋学院博士生夏克泉。浙江大学吕建国副研究员、西南大学朱智源教授、浙江大学徐志伟教授、浙江大学叶志镇院士为共同通讯作者。浙江大学刘妹琴教授与陈剑教授为论文的共同作者。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285521001890

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