Trans Tianjin Univ |碳布基材上构建所需 NiCoTe₂纳米片阵列作为高性能不对称超级电容器的正极材料

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文章信息

Mi Xiao, Meilian Zhao, Tianrui Wang, Tingwu Zhao, Xu Niu. Construction of Desirable NiCoTe₂ Nanosheet Arrays on a Carbon Cloth Substrate as a Positive Electrode Material for a High-Performance Asymmetric Supercapacitor. Trans Tianjin Univ, 2022: https://doi.org/10.1007/s12209-022-00312-3

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https://link.springer.com/article/10.1007/s12209-022-00312-3

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本文亮点

1. 通过简单的电沉积和水热反应直接在柔性碳布上生长了新型NiCoTe₂纳米材料，可直接用作高性能超级电容器的无粘结剂电极。

2. 纳米片阵列 NiCoTe₂显示出高比电容（1 A/g时为 924 F/g）和良好的循环稳定性能（5000 次循环后保留率为 89.6%）。

3. 研究了GDL和MPL的孔隙率、MPL中的裂缝和穿孔位置对质子交换膜燃料电池的液态水传输、反应物分布和输出性能的影响，有助于深入了解水淹、氧气传输和燃料电池性能之间的相互联系。以NiCoTe₂ 纳米片阵列为正极、活性炭为负极的非对称超级电容器电极具有优异的电化学性能，功率密度高，充电时间短等优点。

4. 为生产高性能混合超级电容器双金属碲化镍钴纳米片阵列电极提供了一种新思路。

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背景及意义

迫于严峻的能源压力及环境污染等问题，储能技术的发展亟待解决，如何实现能源的高效存储与释放是当前的研究重点。所谓的超级电容器就是一种介于传统电容器和化学电池之间的储能装置，具有充电速度快、循环稳定性好、安全可靠等诸多优点。而在非对称电容器系统中，由于氧化还原反应动力学缓慢，很难充分利用电极的整体特定能量密度。这种固有的差异会降低电化学装置的能量存储能力，尤其是在快速充电-放电过程中，影响其作为超级电容器的实际应用。因此，探索具有高电容、环保和低成本的先进电极材料具有重要意义。新型纳米阵列材料具有突出的优势，可以充分利用电极材料固有的优异性能。混合纳米复合材料电极一个新兴制备方法是在碳基导电基板上生长电活性纳米结构，直接用作超级电容器的无粘合剂电极。

自双金属镍钴氧化物纳米线首次报道以来，受到了极大的关注。理论上讲，与单金属镍或钴的化合物相比，双金属镍钴化合物具有更高的理论比电容和电导率，可表现出更优的电化学性能。而碲作为第六主族元素，位于元素周期表中的金属和非金属之间，电导率比硫和硒都高。由此碲化镍钴作为一种极具潜力的电极材料，有可能提供更令人满意的储能性能。本文通过简单的电沉积和水热反应直接在柔性碳布上生长了新型NiCoTe₂纳米材料，可直接用作高性能超级电容器的无粘结剂电极。由于NiCoTe₂纳米材料的超亲水表面、快速的离子扩散和电子传输通道以及优良的电化学活性，NiCoTe₂电极显示出高比电容（1 A/g时为924 F/g）和良好的循环稳定性（5000次循环后保留率为89.6%）。NiCoTe₂//活性炭非对称超级电容器可在较短的充电时间内实现较高的能量密度和功率密度，为生产高性能混合超级电容器用双金属碲化镍钴纳米片阵列电极提供了一种新思路。

图文导读

图1 NiCoTe₂电沉积在碳布上的制备过程

图2 （a）碳布上所制备NiCoTe₂-15的XRD图，（b-f）不同循环时间的NiCoTe₂电极的SEM图像，（c）NiCoTe₂-5, （d）NiCoTe₂-10,（e）NiCoTe₂-15和（f）NiCoTe₂-20

图3 EDS图像和元素映射图（a）分层图, （b）Ni, （c）Co, （d）Te和（e）C, （f）NiCoTe₂的EDS 图

图4 NiCoTe₂电极的电化学性能：NiCoTe₂-15的（a）CV曲线，（b）GCD曲线；不同电沉积时间所制备电极的（c）CV曲线和（d）GCD曲线；NiCoTe₂-15、NiTe和CoTe电极的（e）CV曲线和（f）GCD曲线；（g）10 A/g下NiCoTe₂-15电极的循环性能和（h）EIS曲线

图5 （a）NiCoTe₂和AC电极在5 mV/s下CV曲线；NiCoTe₂//AC非对称超级电容器的（b）CV曲线，（c） GCD曲线，（d）质量比电容，（e） 10 A/g下的循环性能和库伦效率

通讯作者简介

 肖 谧
1999年天津大学获博士学位，现任天津大学电气自动化与信息工程学院电气工程系副教授。他的研究兴趣包括电气绝缘、储能、电气与电子功能材料的合成及应用。

Transactions of Tianjin University

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