国家“青年千人计划”专家、华中科技大学教授王帅研究团队长期致力于柔性材料及器件的研究，近期在超快柔性储能研究方面取得突破性进展。
据了解，超级电容器具有“使用寿命长、环境适应力强、高充放电效率、高能量密度”的四大显著特点，具有广泛的应用前景。因此，超级电容器的研究受到高度关注。目前，基于碳材料的双电层电容器具有超高的功率密度，但其能量密度远低于可再充锂离子电池;而基于过渡金属氧化物的赝电容材料展现出较高的能量密度。将两者完美结合构建混杂型纳米复合材料，既能克服各自的缺点又能发挥各自的优势，有望推进高能量密度的超级电容器的工业化。
该研究团队成员吕其英博士在《纳米快报》(Nano Letters)在线刊发了关于氮掺杂碳管/金掺杂二氧化锰的全固态薄膜超级电容器的研究论文，论文题目为《Solid-State Thin-Film Supercapacitors with Ultrafast Charge/Disge Based on N-Doped-Carbon-Tubes/Au- Nanoparticles-Doped-MnO2 Nanocomposites》(NanoLett.,2015,DOI:10.1021/acs.nanolett.5b02489)。此研究是采用模板法在碳布基底上组装氮掺杂碳管/金掺杂二氧化锰的三维中空纳米复合电极，并以此电极分别组装成对称和非对称(多孔三氧化二铁纳米柱作为负极)的全固态薄膜超级电容器，充分利用纳米材料的多方面优势加速电子在活性材料中的传递，进而实现超级电容器的快速充电。这两种薄膜器件均具有较高的功率密度和能量密度，更重要的是，所组装的非对称的全固态薄膜器件可展现出超快速充电能力(10V/s)，比常规电容器的充电时间快10-100倍，能在几秒内完成充电，且在经过5000次充放电仍能保持97%的比电容。并且这种超级电容器有望与电池结合，组装成混合型超级电容器，进而实现工业化。这是国际上基于金属氧化物赝电容薄膜型超级电容器研究领域的一个重大突破。
过渡金属氧化物的赝电容材料的导电性普遍较差，严重制约了其性能以及在工业中的实际应用。吕其英博士另辟蹊径，采用电沉积方法在氧化锌纳米柱上生长金掺杂α-型二氧化锰纳米复合膜，首次解决了α-型二氧化锰导电性差的缺点，为实现α-型二氧化锰在超级电容器中应用提供了重要的理论依据和设计方向。此项研究是采用电沉积方法在氧化锌纳米柱上生长金掺杂α-二氧化锰纳米复合膜，得到电化学性能优异的三维纳米复合材料，通过理论计算进一步验证了该方法能使金原子巧妙地掺杂进入α-二氧化锰的晶格，从本质上提高了α-型二氧化锰的导电性，解决了α-型二氧化锰导电性差的缺点，实现了二氧化锰中的锰原子在能量存储过程中的充分利用，因此，其质量比电容(可达1305F/g)得到空前提高，与其理论电容值(1380F/g)非常接近。采用该纳米复合材料作为阳极、石墨烯-碳纳米管复合材料作为阴极，组装成超级电容器器件，该器件具有较宽的工作电势窗口(1.8V)和超高的能量密度(101Wh/kg)，该能量密度堪与锂电池(100~200Wh/kg)相媲美。这种金原子掺杂α-型二氧化锰的方法简单易控，可操作性强，且可以推广到更为广泛的储能研究领域，比如锂离子电池、燃料电池等。相关最新研究论文(《Ultrahigh Capacitive Performance of Three-Dimensional Electrode Nanomaterials Based on α-MnO2 Nanocrystallines Induced by Doping Au through A-Scale Channels》)被NanoEnergy接收。
上述工作是继该团队的肖军武副教授关于在高性能柔性高效电容器的设计和制备工作之后，在超级电容器领域取得的又一重要进展。肖军武副教授设计在柔性碳纤维上生长NiCo2S4纳米管，再在纳米管上沉积金属氧化物或者氢氧化物，构建三维金属氧/硫化物纳米复合材料，研究发现，此类材料具有高的比电容(2.86F/cm2at4mA/cm2)和超高的比率(2.41F/cm2at20mA/cm2，比率高达84%)，该研究论文(《Design Hierarchical Electrodes with Highly Conductive NiCo2S4 Nanotube Arrays Grownon Carbon Fiber Paper for High-Performance Pseudocapacitors》)(NanoLett.2014,14,831-838)发表在《纳米快报》(NanoLetters)上，是2014年度百篇最具有国际影响力的文章之一。
王帅教授除了在科研工作方面取得了重要进展，助推了科技的发展，同时还为国家培养了一批优秀的科技人才。特别值得提出的是，和团队肖菲副教授合作指导的博士研究生张哲野从本科开始从事科研工作，截止到目前(五年制博士研究生的第二年)已经发表关于柔性储能材料及器件的论文15篇，累计影响因子超过100，其中第一作者论文12篇，部分论文被选为期刊封面或图片皇家线上官网（中国）有限公司;申请专利11项，目前已经获权7项。同时张哲野博士还在全国大学生“挑战杯”等科技竞赛中荣获众多奖项。由于科研成绩突出，还获得“第九届中国青少年科技创新奖”、湖北省首届“长江学子”、湖北省首届向上向善好青年之“创业创优好青年”(全国向上向善好青年提名奖)、湖北省优秀学士学位论文、宝钢优秀学生特等奖、华中科技大学三好研究生标兵、华中科技大学大学生科技创新活动标兵等荣誉称号。作为优秀大学生代表也曾引起《中国青年报》、《光明日报》、《湖北日报》以及湖南卫视等多家报社和媒体的关注，受到了高度的评价和赞扬。
该研究团队的研究工作得到了中组部“青年千人计划”、国家自然科学基金委、科技部、教育部、湖北省科技厅、湖北省楚天学者计划和华中科技大学的支持。目前该团队正通过进一步优化电极材料，更大程度地提高超级电容器的能量密度和超快充电能力，探索其在能量存储与转换领域的应用。
