三金屬Mn-Ni-Co-O@Ni-Mn-S納米針/納米片核殼陣列用于超級電容器的研究

任建偉王 燕蔡旺鋒

近年來,在面對由于傳統化石能源大量消耗而造成的日益嚴重的環境問題和發展清潔能源的迫切需求,越來越多的研究人員致力于發展高效儲能裝置[1-3]。 其中,超級電容器作為1 種新型高效的儲能器件,具有功率密度高、充放電速度快、循環壽命長等諸多優點,被廣泛應用于純電動汽車和綠色能源的儲存和轉化等領域。 然而,能量密度低是影響超級電容器進一步發展的主要障礙[4]。

根據能量密度公式E =0.5Cm(ΔV)2,解決能量密度低的問題可以通過增加電極材料的比電容和構建混合超級電容器來擴大電壓窗口2 個方面來實現[5]。 特別是電極材料的電化學性能的提高是目前研究的重點和方向。

在眾多的電極材料中,由于過渡金屬氧化物具有儲量豐富、電化學活性好和高理論電容等諸多優點,被認為是具有良好應用前景的贗電容電極材料[6,7]。 Co3O4是目前研究較為廣泛的電極材料,理論比電容超過 3 560 F·g-1,但電子導電性較差的特點使得其實際比電容低,影響了其廣泛應用[8]。 但通過在Co3O4中添加不同金屬元素M(M=Zn、Ni、Mn、Mg 和Cu 等)可形成復合多金屬鈷基氧化物,能有效提高電子電導率和電化學性能。 例如,Jiang等[9]制得的花狀NiCo2O4的導電性比基體 Co3O4提高至少2 個數量級,比電容為658 F·g-1。 Ryu 等[10]制得的CuCo2O4納米帶的比電容為809 F·g-1。Wang 等[11]報道的MnCo2O4納米線在電流密度1 A·g-1下比電容為1 342 F·g-1。 上述文獻中的雙金屬氧化物的比電容雖然都得到了較大提升,但能量密度低和倍率性能差仍是1 個亟待解決的問題[12]。……