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《J ALLOY COMPD》:基于高效双导电网络的绿色超级电容器电极材料
时间:2023-02-17       来源:网络       阅读:3115


一、引言

目前,不断增加的化石燃料消耗和环境污染刺激了绿色和可持续能源存储设备的发展。因此,具有长循环寿命、低成本、高可靠性的超级电容器得到了广泛的研究。超级电容器具有与电池互补的电性能,是另一种重要的储能系统。它们可以提供比电池高得多的功率密度,但其比能量较低,工作时间从几十秒到几分钟不等。但是,如何提高超级电容器的比电容、能量密度和循环寿命,其接近甚至超越电池仍然是人们一直关注的问题。

二、成果

基于此,北京理工大学材料学院邵自强教授实验室报道了一种新型的具有层次结构的CCP-N @ Co Ni LDH复合电极材料,该材料具有优异的电化学性能。花朵状的Co Ni LDH纳米球和Co Ni LDH纳米片随机分布在氮掺杂碳纳米纤维表面,就像自然界中生长在树干中的白木耳一样。CCP-N中氮原子与Co Ni LDH纳米片中金属原子的紧密结合使LDHCCP-N上紧密生长,建立了高度稳定的导电三维网络结构。CCP-N @ Co Ni LDH形成的三维多孔层状纳米结构通过缩短离子传输路径进一步促进电荷转移,显著提高了电化学性能。CoNi过渡金属原子和N杂原子增强了复合材料的伪电容,从而提高了SCs的比电容。CCP-N @ Co Ni LDH电极同时具有出色的比电容(1319.4 F g-11 A g-1)。此外,以CCP-N @ Co Ni LDH复合材料为正极材料,以CCP-N纳米纤维为负极材料组装成能量密度为48.1 W h kg-1、功率密度为576.8 W kg-1的非对称超级电容器。

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三、图文导读

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1: CCP-N @ Co Ni LDH材料的合成和生长过程示意图

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2所示:(a-a2) CP (b-b2) CCP-N (c) CCP-N @ Co Ni LDH在不同放大倍率下的SEM图像。(a)(b)(c)的插图分别为CPCCP-NCCP-N @ Co Ni LDH的实物图。(d) CP纳米纤维、CCP-N纳米纤维和CCP-N @ Co Ni LDH纳米纤维的纤维直径分布。

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3所示:(a)10mv s−1下扫描CCP-N @ Co MOFCCP-N @ Ni MOFCCP-N @Co Ni LDH电极的CV曲线。(b)不同条件下CCP-N @ Co Ni LDH电极的CV曲线扫描速率。(c) CCP-N @ Co MOFCCP-N @ Ni MOFCCP-N @ Co Ni LDH电极在1ag -1时的GCD曲线。(d)不同电流下CCP-N @ Co Ni LDH电极的GCD曲线密度。(e)不同电流密度下CCP-N @ Co Ni LDH的比电容。(f) CCP-N @ Co MOF, CCP-N @ Ni的电化学阻抗谱NyquistMOF, CCP-N @ Co Ni LDH电极(插图显示高频区域放大和拟合等效电路)(g) CCP-N @ Co Ni LDH电极电荷存储机制的示意图。

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4:CCP-N @ Co Ni LDH //CCP-N ASCs6 M KOH双电极测试体系中的电化学性能。(a) CCP-N @ Co Ni LDH //CCP-N ASCs结构示意图。(b) 10 ~ 300 mV s−1不同扫描速率下ASCCV曲线。(c)不同电流密度下CCP-N @ Co Ni LDH //CCP-N ASCsGCD曲线。(d)不同电流密度下CCP-N @ Co Ni LDH的比电容。(e) 1万次循环后的循环稳定性和columbi效率。(f) CCP-N @ Co Ni LDH //CCP-N ASCsRagone图。(g)三个高CCP-N @ Co Ni LDH //CCP-N ASCs器件串联使用,为数字定时器供电。

四、总结

本工作成功地构建了一种基于高效双导电网络的绿色电极材料,具有较高的电化学性能,可作为超级电容器的电极材料,实现高的比电容的稳定和长时间工作。进行了形态和成分表征,证明双导电网络的形成和工作原理。并且,通过优化Co/Ni比、生长时间和溶液浓度,得到了最佳的CCP-N @ Co Ni LDH材料。CCP-N @ Co Ni LDH电极具有出色的比电容(1319.4 F g-11 A g-1)。超级电容器具有优异的能量密度和循环稳定性。这项工作为制造绿色和先进的SCs材料开辟了新的途径。

论文链接:Chunxia Yan, Shuai Jia, Jie Wei, Jie Guan, Ziqiang Shao. Efficient dual conductive network based on layered double hydroxide nanospheres and nanosheets anchored in N-carbon nanofibers for asymmetric supercapacitors. Journal of Alloys and Compounds. 

DOI: 10.1016/j.jallcom.2022.167332