便攜式、可穿戴電子設備的發展對新型儲能器件的需求日益增加。柔性全固態超級電容器作為新興的能源存儲器件得到科研工作者的廣泛關注。然而,較低的能量密度限制其在實際中的應用。為了進一步滿足高能量密度、高機械穩定性的需求,可以通過合理設計、匹配正負極材料來構建非對稱型柔性全固態超級電容器,從而獲得更寬的電化學窗口和更高的能量密度。為了提高能量密度,通常采用易于大規模制備并且具有高的理論比電容的過渡金屬氧化物作為電極材料,但較差的導電性和有限的電活性位點導致活性材料利用率低。因此,使用碳布做柔性基底,將活性材料原位生長在導電基底上,是提高導電性和活性材料利用率的有效途徑。
金屬有機骨架材料(MOF)是一類新型多孔納米雜化材料,也可以作為制備金屬氧化物的前驅體。MOF衍生的納米片陣列結構,具有較大的比表面積,可以有效縮短充放電過程中離子和電子的傳輸路徑,從而提高活性材料的利用率,在電化學儲能與轉換等領域應用廣泛。
圖1 CC/Co3O4@NiO制備過程示意圖 圖2 CC-ZIF-67 (a), CC-Co3O4 (b,c)以及 CC-Co3O4@NiO (d-f)的TEM圖像 近日,渤海大學化學與材料工程學院張慶國課題組,將生長在碳布柔性基底上的ZIF-L經過兩步熱解法獲得核殼結構Co3O4@NiO納米片陣列復合材料,并將其用于非對稱柔性全固態超級電容器正極。此電極材料結構具有獨特優勢:ZIF-L衍生的納米片陣列結構Co3O4骨架為NiO的生長提供更多的可接觸面積,并在NiO與碳布基底間建立導電網絡,有效縮短電子傳輸路徑。核殼結構的納米片陣列具有增大的比表面積和豐富的孔隙,為電解質離子擴散提供更暢通的傳輸通道。文章中,系統地探究了CC/Co3O4@NiO材料的形態、結構和電化學性能,并將其用作正極,處理過的碳布(AECC)作負極組成的非對稱柔性全固態超級電容器(CC/Co3O4@NiO//AECC)在116 mW cm-3的功率密度下,達到3.11 mWh cm-3的能量密度,并在10000次循環后電容保留率達90.1%。該工作成功設計和制備出Co3O4@NiO核殼結構納米片陣列材料,并證明其在柔性全固態超級電容器領域的潛在應用。 論文信息 In-situ Growth of Ultrathin NiO Nanosheets-Arrays on MOF-derived Porous Co3O4 Scaffolds as a High-performance Cathode for Asymmetric Supercapacitors Chenming Zhou, Dr. Xiaoman Cao, Dr. Zhijia Sun, Dr. Ying Wei, Prof. Qingguo Zhang 文章第一作者為渤海大學碩士研究生周宸銘 ChemElectroChem DOI: 10.1002/celc.202101675








