高性能超級電容器材料的構(gòu)筑以及應(yīng)用情況

  超級電容器是介于傳統(tǒng)電容器和充電電池之間的一類新型儲能器件，由于具有高能量密度、長循環(huán)使用壽命、快速充放電等優(yōu)點，是電化學儲能領(lǐng)域的研究熱點。

  近期，中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院固體物理研究所環(huán)境與能源納米材料中心在高性能超級電容器材料構(gòu)筑及應(yīng)用方面取得新進展。相關(guān)研究成果以全文形式在Journal of Materials Chemistry A (J. Mater. Chem. A 4 (2016) 17080-17086)上發(fā)表。

根據(jù)儲能機制，超級電容器主要分為基于碳材料的雙電層電容器和基于金屬（氫）/氧化物的贗電容電容器兩類。一般來說，碳材料主要依靠電極表面的電荷層進行儲能，而Ru、Mn、Ti、Ni、Co等金屬氧化物/氫氧化物主要通過可逆的氧化還原電荷轉(zhuǎn)移來實現(xiàn)電化學儲能。其中Ni、Co等過渡金屬氧化物/氫氧化物由于具有高理論電容和低成本的優(yōu)勢，是實現(xiàn)超級電容器大規(guī)模應(yīng)用的理想材料，但較差的導(dǎo)電性和循環(huán)穩(wěn)定性限制了其在高倍率充放電條件下性能的充分發(fā)揮。

  為克服以上述缺點，相關(guān)研究人員以NaCl晶體為多孔結(jié)構(gòu)模板，葡萄糖為碳源，在高溫下與Co、Ni鹽同時熱解，成功構(gòu)筑出一種超細鎳鈷合金納米粒子負載的三維多孔石墨碳復(fù)合材料（3D Ni–Co@PGC）（如圖所示）。采用上述方法所構(gòu)筑的復(fù)合材料具有高的比表面，有利于反應(yīng)活性位的充分暴露；同時，多孔結(jié)構(gòu)有助于電化學反應(yīng)過程中的傳質(zhì)；所形成的超細Ni-Co合金納米粒子一方面可直接作為電流集流體，另一方面，在堿性電解質(zhì)中其表面可活化為相應(yīng)的金屬氧化物/氫氧化物作為反應(yīng)活性位點。綜合以上優(yōu)點，所制備的材料同時兼具雙電層電容和贋電容儲能能力，展現(xiàn)出較高的電容器應(yīng)用性能和循環(huán)穩(wěn)定性。該研究成果為設(shè)計高能量密度和循環(huán)穩(wěn)定性的儲能材料提供了新的研究思路。該工作得到中科院百人計劃、國家自然科學基金和**團隊項目的資助。

檢測儀器導(dǎo)讀：紫外線燈、鐵素體含量檢測儀。