新型电极材料:可用于不对称超级电容器

 超级电容器是指介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置,其容量可达几百至上千法。与传统电容器相比,它具有较大的容量、比能量或能力密度,较宽的工作温度范围和极长的使用寿命;而与蓄电池相比,它又具有较高的比功率,且对环境无污染。

 
【引言】
 
超级电容器由于其功率密度高,充放电速度快,循环寿命长,环境友好,低成本和多样化配置而被认为是新兴的能源转换和存储设备。具有多孔结构的材料是理想的集流体,因为它可以有效地扩大电极材料的比表面积和表面积-体积比,缩短电极和电解质之间的电子传输路径和离子传输,并且在电荷存储过程中提供更易接近的法拉第反应活性位点。若纳米结构材料直接在集流体或导电基体上生长,可以有效避免聚合物粘结剂和导电剂的添加,这样不仅大大增加了导电基底上活性材料的性能,还有效地增加了集电器和有源元件之间的接触面积。因此,直接在集流体上生长纳米结构材料能显著增强超级电容器的电化学性能。目前有多种制备电极材料的方法,如水热法,化学气相沉积法,熔盐法等,但这些方法都较为复杂且耗时,这无疑增加了超级电容器的成本。因此开发一种高效且环保的纳米结构电极材料新型制备方法仍然是一项艰巨的任务。
 
【成果简介】
 
近日,渤海大学许家胜副教授和吉林大学刘晓旸教授(共同通讯)的研究团队在Acta Materialia发表了一篇题为“Fabrication of the porous MnCo2O4 nanorod arrays on Ni foam as an advanced electrode for asymmetric supercapacitors”的文章。在这篇文章中,他们采用一种简便的合成方法,通过在室温下进行共沉淀反应以及后续热处理,成功在三维Ni泡沫(PMCN @ NF)上生长了多孔MnCo2O4纳米棒阵列,其能作为不对称超级电容器的先进电极。该电极具有845.6 F g-1的良好电容(测试条件:1 A·g-1),经过2000次循环测试后,仍有90.2%的初始电容保持率。在此基础上制得的MnCo2O4 // rGO不对称超级电容器的开路电压稳定在1.6 V,最大能量密度为53.7 Wh·kg-1(功率密度为1600 W·kg-1时)。当功率密度达到8000 W·kg-1时,它的能量密度仍然达到31.6 Wh·kg-1。该装置在5000次循环后还能达到82.0%的初始电容保持率。
 
【图文导读】
 
                                                                                     图一 合成方法示意图
新型电极材料:可用于不对称超级电容器
多孔MnCo2O4纳米棒/Ni泡沫电极用于不对称超级电容器
 
                                                                                          图二 结构表征
新型电极材料:可用于不对称超级电容器
多孔MnCo2O4纳米棒/Ni泡沫电极用于不对称超级电容器
 
(a)MnCo2O4 XRD图谱;
 
(b)MnCo2O4的尖晶石结构。
 
                                                                                     图三 Mn1/3Co2/3C2O4·2H2O的FTIR光谱
新型电极材料:可用于不对称超级电容器