近期，中國(guó)科學(xué)院在高性能超級(jí)電容器材料構(gòu)筑及應(yīng)用方面取得新進(jìn)展，成功構(gòu)筑出一種超細(xì)鎳鈷合金納米粒子負(fù)載的三維多孔石墨碳復(fù)合材料。
圖1 超級(jí)電容器
超級(jí)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(chǔ)能器件，由于具有高能量密度、長(zhǎng)循環(huán)使用壽命、快速充放電等優(yōu)點(diǎn)，是電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。根據(jù)儲(chǔ)能機(jī)制，超級(jí)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。
圖2 超級(jí)電容器的應(yīng)用
一般來說，碳材料主要依靠電極表面的電荷層進(jìn)行儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)電化學(xué)儲(chǔ)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(shì)，是實(shí)現(xiàn)超級(jí)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。
為克服上述缺點(diǎn)，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(shí)熱解，成功構(gòu)筑出一種超細(xì)鎳鈷合金納米粒子負(fù)載的三維多孔石墨碳復(fù)合材料（3D Ni–Co@PGC），如下圖所示。
圖3：(a) 超細(xì)鎳鈷合金納米粒子負(fù)載的三維多孔石墨碳復(fù)合材料制備過程。(b) 所制備材料的SEM和TEM圖。(c) 電容器測(cè)試性能及應(yīng)用穩(wěn)定性。
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(shí)，多孔結(jié)構(gòu)有助于電化學(xué)反應(yīng)過程中的傳質(zhì)；所形成的超細(xì)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(diǎn)。
綜合以上優(yōu)點(diǎn)，所制備的材料同時(shí)兼具雙電層電容和贋電容儲(chǔ)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(jì)高能量密度和循環(huán)穩(wěn)定性的儲(chǔ)能材料提供了新的研究思路。
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