電容器電極材料
關注創建者：justly 創建時間：2019-01-21
電容器電極材料的實例教程
過渡金屬硫化物因其較小的能帶和較高的導電性被廣泛應用于電極材料。其中硫化鎳因其具有很高的理論容量，被認為是一種極具潛力的電容器電極材料。
最近，渤海大學許家勝課題組與吉林大學劉曉旸課題組合作在Science China Materials上發表文章，介紹了一步電沉積法制備了Ni3S2納米片陣列超級電容器電極. Ni3S2納米片彼此互連能夠為電子傳導提供快速通道, 有利于電子與離子傳輸, 提供了豐富的贗電容反應位點.
圖1 Ni3S2納米片陣列的制備
采用不同電沉積次數探究了不同負載量的Ni3S2對其電化學性能的影響. 性能最好的Ni3S2電極在
1?A/g
下展示出
773.6?F/g
的單位比電容, 在
10?A/g
時具有84.3%的優異倍率性能. 組裝的非對稱超級電容器(Ni3S2//rGO)表現出優良的使用性能.
圖2 Ni3S2基超級電容器
這些結果表明了所制備的Ni3S2超級電容器電極材料具有廣闊的應用前景. 電沉積法控制Ni3S2負載量的策略能夠為電極材料制備提供一種新思路.
本工作近期發表于Science China Materials, 2018, doi: 10.1007/s40843-018-9361-0
來源：中國科學材料
展開 其中，柔性超級電容器(SCs)因其超高功率密度、長循環壽命、柔性、安全性和高效率而引起了最大的科學興趣。另一方面，過渡金屬氮化物（TMNs）被認為是高性能儲能器件的潛在電極材料。然而，電化學反應過程中的結構不穩定性嚴重阻礙了它們的廣泛應用?？朔@一障礙的一般方法是在導電基底上制備納米復合材料TMN。
來自中國科學院合肥物質科學研究院固體物理研究所的研究人員，報道了一種蜂窩狀的CoN-Ni3N/N-C納米片通過溫和溶劑方法和氮化后處理在柔性碳布上原位生長。作為超級電容器的集成電極，優化后的CoN-Ni3N/N-C/CC由于其固有電導率的提高和活性位點濃度的增加而獲得了顯著的電化學性能。特別是，由CoN-Ni3N/N-C/CC陰極和VN/CC陽極組裝而成的柔性準固態不對稱超級電容器提供了106 μWh·cm-2的出色能量密度、40mW·cm-2的最大功率密度以及出色的循環穩定性。這項研究為使用新型金屬氮化物構建高性能柔性儲能器件提供了新的視角。相關論文發表在Advanced Functional Materials。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202103073
圖1| a)CoN-Ni3N/N-C/CC合成工藝示意圖，b–d)Ni-Co LDH/CC和e–g) CoN-Ni3N/N-C/CC在不同倍率放大的SEM圖像。
圖2|（a-c）納米片的透射電鏡和（d）HRTEM圖像；e) SAED模式，f) EDX。
圖3| a)可伸縮電極的XRD圖案，b) XPS測量光譜。
展開 近日，清華大學深圳研究生院楊誠課題組首次實現了金屬相二維過渡金屬硫族化物(transition metal chalcogenides, TMDs)基的SC技術，發現這一技術同時具備高容量、超越AEC的高頻率響應性以及超長壽命的特點，并以此裝配出可以實現埋入式操作的超薄微型電容器（embedded SC），對于未來高度集成的電子系統對與濾波、旁路、調頻等的功能應用展現出很好的前景。在制作工藝上，首先采用液相機械剝離法將厚度微米級的二硒化鉬(MoSe2)粉末剝離成寡層二維納米片；其次，通過靜電噴涂技術在超薄金屬集流體上均勻沉積電極；繼而使用紫外納秒激光激光器（波長355 nm）將半導體相（2H相）MoSe2通過光化學過程轉化為金屬相（1T）材料。本文通訊作者為楊誠教授，江智、王洋、袁碩果為第一作者。
Figure 2 電容器單電極的加工過程。
(a) 液相機械剝離過程(b)靜電噴涂過程(c)激光誘導相轉變過程
金屬相MoSe2材料具備優異的導電性，有利于電子在二維材料薄膜上的傳輸。同時，利用二維材料具很大的比表面積和激光加工所引入的豐富的缺陷結構，有利于提高電解質離子的吸附脫附和高速穿梭。使得基于該1T相MoSe2電極構建的超級電容器同時實現了良好的高頻率響應以及高容量性能。在離子液體電解液中，基于金屬相MoSe2制備超級電容器實現了超長穩定性，在10 V/s掃速下經歷一百萬圈循環后，其容量仍然保持在121.4%。
Figure 3 超級電容器單電極的性能表征。
展開 【引言】
超級電容器由于其功率密度高，充放電速度快，循環壽命長，環境友好，低成本和多樣化配置而被認為是新興的能源轉換和存儲設備。具有多孔結構的材料是理想的集流體，因為它可以有效地擴大電極材料的比表面積和表面積-體積比，縮短電極和電解質之間的電子傳輸路徑和離子傳輸，并且在電荷存儲過程中提供更易接近的法拉第反應活性位點。若納米結構材料直接在集流體或導電基體上生長，可以有效避免聚合物粘結劑和導電劑的添加，這樣不僅大大增加了導電基底上活性材料的性能，還有效地增加了集電器和有源元件之間的接觸面積。因此，直接在集流體上生長納米結構材料能顯著增強超級電容器的電化學性能。目前有多種制備電極材料的方法，如水熱法，化學氣相沉積法，熔鹽法等，但這些方法都較為復雜且耗時，這無疑增加了超級電容器的成本。因此開發一種高效且環保的納米結構電極材料新型制備方法仍然是一項艱巨的任務。
【成果簡介】
近日，渤海大學許家勝副教授和吉林大學劉曉旸教授（共同通訊）的研究團隊在Acta Materialia發表了一篇題為“Fabrication of the porous MnCo2O4 nanorod arrays on Ni foam as an advanced electrode for asymmetric supercapacitors”的文章。在這篇文章中，他們采用一種簡便的合成方法，通過在室溫下進行共沉淀反應以及后續熱處理，成功在三維Ni泡沫（PMCN @ NF）上生長了多孔MnCo2O4納米棒陣列，其能作為不對稱超級電容器的先進電極。該電極具有845.6 F g-1的良好電容（測試條件：1 A·g-1），經過2000次循環測試后，仍有90.2％的初始電容保持率。
展開 2.這種自支撐的電極表現出優異的電化學性能。
3.不同金屬元素的協同作用和結構特征共同促成了其優異的電化學性能。
4.組裝的ZnNiCo-P//PPD-rGOs雜化超級電容器在960?W??kg?1的功率密度下實現了60.1?W?h??kg?1的高能量密度
【前言】
隨著對可再生能源需求的不斷增長和對全球環境問題的日益關注，最近人們已經投入了巨大的努力來開發高效的能源存儲設備。超級電容器(SCs)具有快速充放電速率、高功率密度、長壽命的顯著優點，也被稱為電化學電容器，被廣泛認為是儲能裝置的潛在備選，在大功率電子裝置、應急電源和混合動力電動汽車等各種應用中具有可觀的前景。相對于傳統的雙電層超級電容器（EDLCs），由電容電極和電池型電極組成的雜化超級電容器（Hybrid supercapacits ,HSCs）能實現更高的能量密度和功率密度，這主要是由電池型電極更高的容量和電極對更寬的電壓窗口引起的。HSCs顯示出比雙電層電容器(EDLCs)高至少一個數量級的超凡電容和能量密度，這為改善SCs提供了一種有希望的策略。HSCs的性能很大程度上依賴于其電池型正極材料的性能，因此實現HSCs優異性能的關鍵是尋找和設計合適的正極材料。
【成果簡介】
近日，來自南京工業大學的吳宇平教授和廈門大學張橋保助理教授以及王鳴生教授（共同通訊）聯合在Nano Energy上發表文章，題為“Anion and cation substitution in transition-metal oxides nanosheets for high-performance hybrid supercapacitors”。
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隨著人類生活質量的快速提高，便攜式和可穿戴電子設備的發展變得越來越迫切。清潔高效的新型儲能設備是其核心部件。其中，柔性超級電容器(SCs)因其超高功率密度、長循環壽命、柔性、安全性和高效率而引起了最大的科學興趣。另一方面，過渡金屬氮化物（TMNs）被認為是高性能儲能器件的潛在電極材料。然而，電化學反應過程中的結構不穩定性嚴重阻礙了它們的廣泛應用?？朔@一障礙的一般方法是在導電基底上制備納米復合材料
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在新能源領域，硅藻土被認為是制造多孔硅電池負極十分有前景的原材料，硅—氧化錳有望作為超級電容器電極材料，硅藻太陽能電池是硅太陽能電池的一個發展方向，硅藻土還是室溫儲氫的理想物理吸附材料，硅藻土復合材料可作為潛熱儲能技術相變材料。
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它不僅可以作為超級電容器的電極材料，還可以作為鋰硫電池的宿主材料。
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