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随着科学技术的发展,人们对不可再生化石燃料的消耗日益增加。随着不可再生化石燃料不断地被开采和利用,化石燃料短缺和环境污染问题已经提上了国家发展的重要日程。开发利用清洁可再生能源来减少化石燃料的消耗是解决当前问题最为有效的方法,例如合理的扩大潮汐能、太阳能和风能设备的装机数量。但是由于这些清洁能源存在着不连续性和地域性的特点,并且存在并网利用困难的缺点,极大的阻碍了这些能源的广泛应用。在这些因素的共同驱使下,研究开发高效、安全的能量存储设备已引起当今世界科学研究领域的广泛关注。超级电容器是同时继承传统电容器和电池优点的一类高效储能装置,它具有功率密度高、电容衰减率低、充放电速率快等优势,提高了清洁可再生能源的储存能力与转化效率。电极材料是决定超级电容器的优点是否能够完全发挥出来的重要条件之一。目前,大量的科研工作者正朝着开发具有新颖结构和杰出电化学性能的电极材料方向努力,以满足超级电容器商业化应用的需求。金属磷化物是一种具有亚金属特性的电极材料,其电负性比金属氧化物和硫化物更弱,这使得金属磷化物具有更好的导电性,即使处于大电流密度循环过程中电子也来得及快速传输,是具有极好倍率性能的保障。本文围绕镍钴金属磷化物方向,采用不同的制备方法合成具有独特微纳米结构的复合电极材料。
合理的设计具有高比电容,杰出的倍率保持率和稳定的循环性能的电极材料对于超级电容器的实际应用是不可或缺的。过渡金属磷化物(TMP)由于其亚金属特性和超高的电导率而可以满足以上这些要求。因此,通过简单的一步法水热法合成CoNi-LDH并随后在最佳温度(350℃)进行磷化处理,在碳纤维布上构建了互相交联的纳米片状钴镍双金属磷化物(CoNi-LDH-350P@CFC)。CoNi-LDH-350P@CFC纳米片不仅提供了足够的氧化还原活性位点,而且提高了电导率并促进了离子扩散和电荷传输。结果表明,作为自支撑电极的CoNi-LDH-350P@CFC可以在0.5Ag-1的电流密度下提供803Cg-1的超高比容量,并在高电流密度为30Ag-1下具有70%的优异倍率保持率。此外,组装的CoNi-LDH-350P@CFC//活性炭(AC)非对称超级电容器(ASC)在400.4Wkg-1的功率密度下可表现出令人满意的42Whkg-1能量密度,并呈现出优异的循环稳定性,10Ag-1下循环3000次,容量为首圈的87.7%。
通过调节钴镍的摩尔比,用水热法合成了表面可控的球形钴镍金属有机框架(CoNi-MOF-n)。其绒毛状粗糙表面能够扩大与电解液的接触面积,加速电解液离子的传输。CoNi-MOF-0.5在0.5Ag-1下的输出比电容达812.5Cg-1,当电流密度增加到10Ag-1,比电容仍能保持507Cg-1(保持率为62.4%)。此外,当组装成非对称超级电容器(CoNi-MOF-0.5//AC)时,功率密度输出375Wkg-1时,能量密度高达53.4Whkg-1。且在5Ag-1下循环2000圈后,容量为首圈的82.4%,证明了CoNi-MOF-n电极材料在超级电容器应用中的可行性。
合理的设计具有高比电容,杰出的倍率保持率和稳定的循环性能的电极材料对于超级电容器的实际应用是不可或缺的。过渡金属磷化物(TMP)由于其亚金属特性和超高的电导率而可以满足以上这些要求。因此,通过简单的一步法水热法合成CoNi-LDH并随后在最佳温度(350℃)进行磷化处理,在碳纤维布上构建了互相交联的纳米片状钴镍双金属磷化物(CoNi-LDH-350P@CFC)。CoNi-LDH-350P@CFC纳米片不仅提供了足够的氧化还原活性位点,而且提高了电导率并促进了离子扩散和电荷传输。结果表明,作为自支撑电极的CoNi-LDH-350P@CFC可以在0.5Ag-1的电流密度下提供803Cg-1的超高比容量,并在高电流密度为30Ag-1下具有70%的优异倍率保持率。此外,组装的CoNi-LDH-350P@CFC//活性炭(AC)非对称超级电容器(ASC)在400.4Wkg-1的功率密度下可表现出令人满意的42Whkg-1能量密度,并呈现出优异的循环稳定性,10Ag-1下循环3000次,容量为首圈的87.7%。
通过调节钴镍的摩尔比,用水热法合成了表面可控的球形钴镍金属有机框架(CoNi-MOF-n)。其绒毛状粗糙表面能够扩大与电解液的接触面积,加速电解液离子的传输。CoNi-MOF-0.5在0.5Ag-1下的输出比电容达812.5Cg-1,当电流密度增加到10Ag-1,比电容仍能保持507Cg-1(保持率为62.4%)。此外,当组装成非对称超级电容器(CoNi-MOF-0.5//AC)时,功率密度输出375Wkg-1时,能量密度高达53.4Whkg-1。且在5Ag-1下循环2000圈后,容量为首圈的82.4%,证明了CoNi-MOF-n电极材料在超级电容器应用中的可行性。