湖南大学马建民课题组：柔性准固态Ni(OH)2和Nb2O5纳米片阵列用于双离子电容器的构筑及其储锂研究

    湖南大学马建民课题组和武汉理工大学大学刘金平课题组设计了柔性准固态Ni(OH)₂和Nb₂O₅纳米片阵列，用于双离子电容器（Ni(OH)₂@SLS//Nb₂O₅@SLS ASCs）。

柔性和便携设备已广泛应用于众多研究领域，同时其发展促进了柔性和轻量能源存储器件的快速发展。柔性器件具有高功率、高能量和长循环稳定性的优点。作为一种最有前途的能源存储电子器件之一的柔性准固态/全固态超级电容器（SCs）引发了广泛关注，提高柔性能源存储器件的能量密度以适应现实能源的需求是必需的。柔性准/全固态超级电容器（ASCs）集众多优点于一体：柔性、高功率密度、良好的持久性、快速充放电、易于操纵、质量轻和得到改善的经济安全性能。

准固态/全固态不对称ASCs由赝电容材料和双电层电容材料分别作为两电极组成。众所周知，斜方晶系的五氧化二铌（T-Nb₂O₅）是最有前景的赝电容材料之一，其具有显著的理论比电容量、3.4 V能带宽及在酸碱中的高化学抗性的特点，从而显示出作为柔性电极材料的巨大潜力。此外，斜方晶系的结构允许Li⁺快速传输通过a-b晶面。

近日，湖南大学马建民课题组和武汉理工大学大学刘金平课题组设计了柔性准固态Ni(OH)₂和Nb₂O₅纳米片阵列，用于双离子电容器（Ni(OH)₂@SLS//Nb₂O₅@SLS ASCs）。该体系是由Ni(OH)₂和Nb₂O₅直接生长在不锈钢网上作为不对称电容器的正极和负极，电解液为水系的LiOH。该体系的显著特点是其工作在一个“双离子”体系中，这能成功引入高电容的Nb₂O₅（而不是常用的碳）进入碱性电解液体系的ASCs。Nb₂O₅负极和Ni(OH)₂正极分别与Li⁺和OH^-反应，在充放电过程中双离子都能给活性物质提供丰富的离子传输通道。该器件构筑为设计具有低成本的金属氧化物/氢氧化物能量储存领域带来新的机遇。

同时该器件的材料生长在基底上形成自支撑的无粘结剂电极，经优化后的柔性准固态Ni(OH)₂@SLS-PVA/LiOH电解质-Nb₂O₅@SLS-ASCs能在1.7 V的高电压工作，展示出19.32 mF cm^-2的比电容、最大能量密度和功率密度分别在0.52 mWh cm^-3和170 mW cm^-3。而且该器件的比电容循环了1000圈保持率在60%。在实际的能源需求上，该器件能在任意弯曲状态下工作，同时也能高效点亮一个红色LED灯并维持20 s。

图a. Ni(OH)₂@SLS//Nb₂O₅@SLS ASCs的工作原理图；图b. Ni(OH)₂@SLS//Nb₂O₅@SLS ASCs器件；图c. 不同弯曲状态图；图d. 准固态Ni(OH)₂//Nb2O5 ASCs器件点亮红色LED灯。

文章以“Flexible quasi-solid-state dual-ion asymmetric supercapacitor based on Ni(OH)₂ and Nb₂O₅ nanosheet arrays”为题，在Green Energy & Environment期刊发表。详见 Green Energy Environ., 4 (2019) 382-390。doi.org/10.1016/j.gee.2019.02.001

该论文第一作者为硕士研究生邓晓兰，通讯作者马建民副教授。

通讯作者简介

马建民 副教授

马建民，湖南大学副教授，岳麓学者，湖南省杰出青年基金获得者。研究领域包括：高能量密度金属负极理论与设计。近年来在Advanced Materials、ACS Nano、Advanced Energy Materials等期刊100余篇。目前主持的项目有国家自然基金、湖南省杰青基金、企业项目等。

课题组网址：http://www.iseeglife.com

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