高性能超级电容器材料的构筑以及应用情况

高性能超级电容器材料的构筑以及应用情况

  超级电容器是介于传统电容器和充电电池之间的一类新型储能器件，由于具有高能量密度、长循环使用寿命、快速充放电等优点，是电化学储能领域的研究热点。

  近期，中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所环境与能源纳米材料中心在高性能超级电容器材料构筑及应用方面取得新进展。相关研究成果以全文形式在Journal of Materials Chemistry A (J. Mater. Chem. A 4 (2016) 17080-17086)上发表。

根据储能机制，超级电容器主要分为基于碳材料的双电层电容器和基于金属（氢）/氧化物的赝电容电容器两类。一般来说，碳材料主要依靠电极表面的电荷层进行储能，而Ru、Mn、Ti、Ni、Co等金属氧化物/氢氧化物主要通过可逆的氧化还原电荷转移来实现电化学储能。其中Ni、Co等过渡金属氧化物/氢氧化物由于具有高理论电容和低成本的优势，是实现超级电容器大规模应用的理想材料，但较差的导电性和循环稳定性限制了其在高倍率充放电条件下性能的充分发挥。

  为克服以上述缺点，相关研究人员以NaCl晶体为多孔结构模板，葡萄糖为碳源，在高温下与Co、Ni盐同时热解，成功构筑出一种超细镍钴合金纳米粒子负载的三维多孔石墨碳复合材料（3D Ni–Co@PGC）（如图所示）。采用上述方法所构筑的复合材料具有高的比表面，有利于反应活性位的充分暴露；同时，多孔结构有助于电化学反应过程中的传质；所形成的超细Ni-Co合金纳米粒子一方面可直接作为电流集流体，另一方面，在碱性电解质中其表面可活化为相应的金属氧化物/氢氧化物作为反应活性位点。综合以上优点，所制备的材料同时兼具双电层电容和贋电容储能能力，展现出较高的电容器应用性能和循环稳定性。该研究成果为设计高能量密度和循环稳定性的储能材料提供了新的研究思路。该工作得到中科院百人计划、国家自然科学基金和**团队项目的资助。

检测仪器导读：紫外线灯、铁素体含量检测仪。