具有納米結(jié)構(gòu)的木材氣凝膠基電極的制備及其電化學(xué)性能

郭飛宇,何文,王瑞,韋柏任,梁爽,季秋琳,胡綱正,李文軒

(南京林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,南京 210037)

超級電容器作為一種新型的清潔可持續(xù)儲能設(shè)備,不僅具有快速儲存和釋放能量的特點,還具有高功率密度、超長循環(huán)壽命、低維護(hù)成本和安全運行等優(yōu)點,在電動汽車、智能電網(wǎng)和便攜式電子設(shè)備等方面有著廣泛的應(yīng)用[1]。通常,理想的電極材料具有大的比表面積、良好的導(dǎo)電性和高功率密度、循環(huán)穩(wěn)定性好等優(yōu)點[2-3]。

木材作為一種可再生資源,其天然的多尺度微/納米孔隙結(jié)構(gòu)有助于電解質(zhì)快速滲透、電子快速轉(zhuǎn)移和電荷存儲,是一種理想的電極基質(zhì)材料[4-6]。當(dāng)前,基于天然木材的電極材料主要是通過脫木素或碳化的方式制備而成的。高溫碳化可以改善木材的多孔結(jié)構(gòu)和電導(dǎo)率,在碳化過程中引入雜原子和金屬離子進(jìn)行燒結(jié)可以提高其導(dǎo)電性及能量密度[7-10]。然而,碳化會使基材變脆,木材組織會發(fā)生塌陷,不利于實際的應(yīng)用[11-12]。脫木素處理主要是通過次氯酸鈉或亞硫酸鈉等去除木材細(xì)胞壁中的木質(zhì)素和部分半纖維素,改善細(xì)胞壁中的納米孔隙結(jié)構(gòu)[13],提高比表面積,有利于電解質(zhì)離子的快速傳輸,同時與導(dǎo)電聚合物、碳納米材料或者M(jìn)Xene材料復(fù)合成電極[14-15]。Xiong等[16]通過對輕木脫木素處理后進(jìn)行聚苯胺原位聚合,制備的復(fù)合電極具有較高電化學(xué)性能。Luo等[17]將脫木素木材與Ti3C2Tx復(fù)合成有重疊結(jié)構(gòu)的納米片形成連續(xù)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),獲得的電極材料具有較高的導(dǎo)電性,面電容達(dá)到805 mF/cm2,且在10 mA/cm2循環(huán)充放電時保持84%的循環(huán)穩(wěn)定性。……