Co2也是一种SCs高容量的正极材料,由于其层间距大、成本低,其理论比电容值可达3460F/g。免黏结剂的Co2与CNT阵列电极产生高比电容值及优异的倍率性能[197],Graphene/Co2复合物输出的比电容值明显高于纯Co2。截至目前,在以往的报道中Co2及其衍生物表现出高的比电容值,但较低的活性物质负载量和较低的电势范围将很大程度上限制其在SCs中的实际应用。......
2023-10-20
制备与性能研究：Ni、Co、Fe基复合材料及其电极性能
【摘要】：近年来,FeOOH以其优异的负电位窗口和高的理论比电容值,成为一种新型的阳极材料,具备各种形状和成分的FeOOH已被开发成SCs的电极。FeOOH也与其他材料,如金属氧化物和富碳物质结合形成复合物。Zhang团队[176]采用水热法制备出极其细小的α-FeOOH纳米棒/氧化石墨烯复合物作为SCs的电极材料,以氧化石墨烯和醋酸铁为原材料,不添加任何添加剂直接反应制得。α-FeOOH纳米棒平均直径为6nm,平均长度为75nm。
近年来,FeOOH以其优异的负电位窗口和高的理论比电容值,成为一种新型的阳极材料,具备各种形状和成分的FeOOH已被开发成SCs的电极。由于具有大的比表面积和高的离子迁移率,1D同轴纳米结构材料具有改善电化学性能的巨大潜力。为了开发高能量密度、高功率密度的电极材料,Wei等人[169]制备了FeOOH＠PPy,一种被超薄聚吡咯包裹的1D FeOOH纳米颗粒复合物；Lou团队[170]通过调节反应体系中甘油的量,制备出层状海胆型α-FeOOH实心球或空心球,α-FeOOH空心球的比表面积可达96.9m2/g；Chen团队[171]采用电镀法合成了具有不同层状通道的羟基氧化铁纤铁矿(γ-FeOOH)纳米片,这些纳米片表面光滑,平均长度为1.4μm、厚度为30～50nm,不同的纳米片相互缠绕形成了多重的2D通道[如图1.10(a)所示],Li＋能够在[FeO6]八面体单元的2D通道中可逆地嵌入/脱出,有效地提高了赝电容效应；Yu团队[172]在碳布上制备了氟掺杂的β-FeOOH纳米棒,氟阴离子的引入提高了材料的导电性,氟掺杂的β-FeOOH作为电极材料可以解决能量密度低的问题。
FeOOH也与其他材料,如金属氧化物和富碳物质结合形成复合物。Zhang等人[173]用水热法制备出CoFe2O4/FeOOH分等级纳米复合物电极用于SCs,通过调整尿素含量获得花状CoFe2O4/FeOOH纳米结构。Lv等人[174]用两步水热法制备海胆状α-FeOOH＠MnO2核/壳空心微球,第一步制备由纳米棒组成的α-FeOOH空心微球,第二步在空心球的表面上生长带状MnO2纳米结构,形成α-FeOOH＠MnO2核/壳空心微球,如图1.10(b)所示,中间黑色部分是FeOOH,外面白色条是MnO2。Hao团队[175]制备出FeOOH纳米颗粒改性的氮掺杂石墨烯复合材料,在合成过程中,尿素不仅可作为还原剂和氮掺杂石墨烯的掺杂剂,还可作为沉淀金属氢氧化物的羟基离子提供剂,通过氮掺杂石墨烯和尿素的联合作用将FeOOH纳米棒生长在石墨烯片上。Zhang团队[176]采用水热法制备出极其细小的α-FeOOH纳米棒/氧化石墨烯复合物作为SCs的电极材料,以氧化石墨烯和醋酸铁为原材料,不添加任何添加剂直接反应制得。α-FeOOH纳米棒平均直径为6nm,平均长度为75nm。
尽管FeOOH就晶体结构而言是一种具有发展前景的SCs电极,但该材料不易扩张或收缩的性质限制了离子的渗透和扩散,作为对比,非晶体材料由于其无序性表现出了极强的电化学性能。Wu团队[177]制备出无定形的FeOOH/MnO2复合物,采用丝网印刷在PET、纸张和纺织品基底上制成电极,以3种材料为基底的SCs具有高柔韧性、可弯折,且不损失装置的电容性能。Xia团队[178]制备出无定形FeOOH量子点/石墨烯复合纳米片,平均粒径2nm的无定形FeOOH量子点紧密地锚在石墨烯片上,形成连续的介孔纳米薄膜。Wong团队[179]通过电沉积法在泡沫镍上制备鱼鳞状FeOOH纳米结构,该纳米结构具有大量的表面活性位点,FeOOH的无定形特性能促进电解质离子的扩散和反应,所以提高了材料的电容性能。
随着可穿戴电子设备的快速发展,纤维SCs以其尺寸小、质量轻、柔韧性高及编织性能好等优点被视为具有发展前景的可穿戴装置的能量存储设备[180,181]。Lee团队在碳纤维(CF)上通过电沉积制备出纳米结构的FeOOH/PPy,1D FeOOH纳米线垂直长在碳纤维上,所以形成多孔结构,如图1.10(c)所示,PPy随后生长在FeOOH/CF上,多孔形貌仍然保持,复合物中FeOOH纳米线的直径约为10nm,PPy包覆层的厚度约为3nm。Yuan团队[182]制备出Ti掺杂的FeOOH量子点(QD)/石墨烯复合物,该复合物均匀地分散在细菌纤维素(BC)基底上形成柔性电容电极,Ti掺杂的FeOOH QD/GN作为活性物质,BC确保柔性SCs的柔韧性和机械强度。(www.chuimin.cn)
图1.10 (a)γ-FeOOH纳米片的SEM图[171]；(b)制备好的α-FeOOH＠MnO2的TEM图[174]；(c)碳纤维上FeOOH/PPy的SEM图[183]
可折叠显示器和自供电透明液晶显示器等电子设备要求电极材料不仅具有高功率/能量密度,而且具有高透明性,为了满足这些要求,非对称透明SCs大量涌现。碳材料由于其较低的理论比电容和透光率,在透明电极的应用领域受到限制,过渡金属氢氧化物因具有高比电容而被用于透明的微结构电极。Zhang等人[184]制备出透明的石墨烯负载FeOOH纳米线和Co(OH)2纳米片膜,两种纳米结构都封装在石墨烯壳层中,呈现多孔结构,被视为透明的非对称赝电容电极,复合物独特的结构提供的有效接触面积大和导电性高,为离子和电子提供了3D传输路径。O’Neill与合作者[185]采用喷射沉积法制备介孔多孔复合电极,在多孔材料中1D Fe3O4/FeOOH纳米线和CNTs缠在一起,FeOx和CNTs大小相近,经过喷射后紧密地缠绕在一起。自支撑网络是通过摩擦形成的,而直径为50～250nm的空隙形成于两种1D材料之间,透明电极材料需要一定的孔隙度提高电极的透明度,但孔隙度会降低材料的密度和电容,所以应用时应该在这两个方面作出权衡。
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2023-10-20
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2023-10-20
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2023-10-20
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2023-10-20
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2023-10-20
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目前,解决这一问题的关键是在不损失SCs高功率容量的基础上,研究设计出价格低廉、能量密度高的电极材料。本书通过优化Ni、Co、Fe基复合电极材料的组成、形貌及结构,使其组装成同时具备高能量密度和高功率密度的SCs,对拓展SCs在电力储能、电动汽车及便携式电子产品等前沿领域的应用有很强的现实意义。......
2023-10-20
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