【摘 要】
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超级电容器因其功率密度高、循环寿命长、可快速充电和安全环保等优点引起学术和产业界的普遍关注。但目前商业化超级电容器与二次电池相比,前者的能量密度依然较低,限制了其在各领域的进一步应用。电极材料是影响超级电容器体性能的关键因素之一。研究表明,过渡金属磷/硼化物具有类金属特性,表现出更高的导电性、更好的电化学活性。因此,科研人员常常将过渡金属磷/硼化物作为电极材料,并对它们的组分与结构进行合理设计,充
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超级电容器因其功率密度高、循环寿命长、可快速充电和安全环保等优点引起学术和产业界的普遍关注。但目前商业化超级电容器与二次电池相比,前者的能量密度依然较低,限制了其在各领域的进一步应用。电极材料是影响超级电容器体性能的关键因素之一。研究表明,过渡金属磷/硼化物具有类金属特性,表现出更高的导电性、更好的电化学活性。因此,科研人员常常将过渡金属磷/硼化物作为电极材料,并对它们的组分与结构进行合理设计,充分展现其电化学性能的优势。本文的电极设计思路为:（1）组分上:生成多元过渡金属磷化物,发挥多金属电化学协同效应,;（2）结构上:构建棒状核壳结构,增加反应活性位点,以实现电化学性能的显著提高,从而提升超级电容器的能量密度。主要内容如下:（1）通过两次水热-磷化法,成功地设计并合成了生长在泡沫镍上的NiCo-P@CoNiMo-P棒状核壳结构。Co、Ni、Mo组分之间的电化学性能可以互补,多种金属元素的加入能够增加反应活性位点,有助于提高赝电容;棒状核壳结构之间的大量中空部分,有利于电解质离子充分接触“核”、“壳”结构,为电极材料与电解质离子充分反应提供了有利的结构条件。该电极材料在2 A g-1时比容量为 1366 C g-1,在 10 Ag-1时比容量依然有 922 C g-1。以 NiCo-P@CoNiMo-P 电极材料作正极,N-rGOs电极材料作负极组装成混合型超级电容器,在1213 Wkg-1的功率密度下显示出81.4 Whkg-1的高能量密度,且在电流密度为10 Ag-1下循环6000圈后容量达到初始电容的132%。该工作为合理设计和制备用于超级电容器的过渡金属磷化物正极材料提供了新的思路。（2）通过水热、高温退火和硼化处理成功制备出自支撑NiCo2O4@NiCo-B棒状核壳结构。NiCo2O4本身具有高理论容量,硼的引入有利于电子的传递,并有助于发生氧化还原反应;棒状核壳结构能够提供更多的活性位点,从而显著提升其电化学性能。所制备的电极材料在电流密度为1.5 Ag-1时比容量为1009 C g-1,10Ag-1下比容量为750 Cg-1,倍率性能优异。以NiCo2O4@NiCo-B和N-rGOs电极材料作正、负极组装成混合型超级电容器,在功率密度为999.5 Wkg-1时能量密度可达43.2 Wh kg-1,且在10 A g-1下循环6000圈后容量达到初始电容的93%。该工作为新型储能装置开辟了一种制备高容量正极材料的新途径。
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