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孙义民教授团队在全固态柔性超级电容器研究方面取得突破
2017-06-12 08:20  

   近期,电化学领域期刊Electrochimica Acta《电化学学报》发表了等离子体化学与新材料湖北省重点实验室孙义民教授的研究结果:基于碳纤维的自支撑三维Ni-Co硒化物纳米阵列在全固态柔性超级电容器中的应用研究,论文题目为3D Ni-Co selenide nanorod array grown on carbon fiber paper: towardshigh-performance flexible supercapacitor electrode with new energy storagemechanism ,文章的第一作者为我校15级硕士研究生徐沛,通讯作者为孙义民教授。 

随着现代电子工业和信息技术产业的蓬勃发展,各种小型化、便携式、可穿戴、可折叠柔性电子产品引起了人们极大的研究兴趣和关注,并被广泛应用于人类生活的各个领域,引发了电子产品革命的新一轮冲击波。柔性电子产品亟待开发能为之提供能量的轻、薄、柔性的储能器件。超级电容器功率密度较高,可以实现在更短的时间内()充放电,在能量存储领域可以有效地补充或替代电池,因此超级电容器必将成为21世纪高科技产品的重要化学电源之一。

常规电容材料Ni-Co氧化物和硫化物,具有理论电容高,成本低等优点,已被广泛研究。硒和氧、硫同为氧族元素,而硒的电负性较低,与金属的结合力小于氧硫,导致在电化学反应中表现出更高的活性,因此可以作为一种优良的电容材料。在过去的一两年中,关于Ni-Co硒化物作为储能电极材料的工作鲜有报道,尤其是对其储能机制的研究更为少见。此工作的重点就是合成新型的Ni-Co硒化物(Ni0.34Co0.66Se2纳米棒),研究其电化学储能性质,进而探讨其储能机理。

孙义民教授团队通过水热法直接在碳纤维上生长Ni0.34Co0.66Se2纳米棒三维阵列,并组装了全固态柔性超级电容器,研究表明得到的电容器表现出高的面电容和体积电容(1mA cm-2时约为1.16F cm-214.55F cm-3),循环6000次后电容仍保留原来的86.5%。功率密度为37.5mW cm-3时,能量密度可以达到0.47mWh cm -3,优于目前报道的决大多数对称固态超级电容器。

另外,通过对其形貌,电活性表面积(ESA)和电子传递特性的测试,发现其新颖的储能机制,即Ni0.34Co0.66Se2在重复充放电过程中逐渐发生严重的Se损耗并逐渐转化为CoxNi1-xO,转化过程中电活性表面积的增加和电子传输特性的提高将补偿电容的衰减。

此工作对解释不同的混合过渡金属硫族化物作为高性能超级电容器的机理研究意义重大。

本研究得到了国家自然科学基金青年基金(51504168),湖北省自然科学基金青年基金(2015CFB230)的资助,并得到华中科技大学化学与化工学院肖军武副教授以及阿联酋哈利法大学LiaoKin教授的帮助。

   论文链接:http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013468617308897 

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