河南科技学院陈军和郑州轻工业大学张勇课题组在超级电容器电极材料领域取得了重要突破,通过创新的一步水热法成功合成了NiMn LDHs/GO复合材料,显著提升了超级电容器的电化学性能。
图1 NiMn LDHs/GO复合电极材料的物化和电化学性能。A.复合电极材料的XRD图谱。B.复合电极材料的SEM照片。C.复合电极材料的CV曲线。D.复合电极材料在不同电流密度下的比电容 在当前全球能源危机和环保需求日益增长的背景下,寻求高效、可持续的能源存储技术成为科学研究的重要方向。超级电容器,作为一种具有高功率密度、长循环寿命和绿色环保特性的新型电能存储设备,其应用前景备受关注。超级电容器根据电荷存储机制的不同,主要分为电化学双层电容器(EDLCs)、赝电容超级电容器和混合型超级电容器(HSC)。其中,赝电容超级电容器以其高能量密度而著称,而层状双氢氧化物(LDH)作为其核心材料,因其独特的层状结构和高电化学活性成为研究热点。然而,纯LDH材料面临电子电导率低、团聚严重等挑战,限制了其在超级电容器中的应用。 为解决这一问题,研究团队选择将高导电性的氧化石墨烯(GO)与NiMn LDHs复合,利用GO的优异特性提升复合材料的整体性能。GO不仅具有高导电率、化学稳定性和极大的比表面积,还能有效抑制LDH的团聚,从而提高材料的电子电导率和电化学活性。 通过优化GO的负载比例,研究团队发现,在0.45 wt% GO掺杂比的条件下,NiMn LDHs/GO复合电极材料展现出了卓越的电化学性能。具体而言,该材料在1 A g-1的电流密度下,比电容值高达2096 F g-1,即使在高电流密度(10 A g-1)下,仍能维持1471 F g-1的比电容,显示出其在高功率应用中的巨大潜力。尽管在循环稳定性方面(1000次充放电循环后,5 A g-1下的电容保持率为53.3%)仍有提升空间,但这一结果为后续的结构与工艺优化提供了重要参考。 该研究的创新之处在于采用了一步水热法直接合成NiMn LDHs/GO复合材料,简化了制备流程并提高了效率。同时,通过系统的表征揭示了GO掺杂对材料微观结构和性能的影响机制,为高性能超级电容器电极材料的开发提供了新的策略和技术路径。 展望未来,研究团队将进一步聚焦于提升GO的均匀分散、精细调控孔隙结构以及增强界面结合力,以期开发出更为稳定且能效更高的高性能电极材料。这些努力不仅有助于推动超级电容器技术的进一步发展,也为新能源存储领域注入了新的活力。总之,研究团队在超级电容器电极材料领域的这项研究成果,不仅为高性能电极材料的开发提供了新的思路和方法,也为解决全球能源危机和环保问题贡献了中国智慧和中国方案。 论文信息 Enhanced Electrochemical Performance of NiMn Layered Double Hydroxides/Graphene Oxide Composites Synthesized by One-Step Hydrothermal Method for Supercapacitors Jun Chen, Xin Jing, Ji-Chao Wang, Wan-Qing Zhang, Yong Zhang Chemistry – A European Journal DOI: 10.1002/chem.202402269