• 蘇州納米所等在3D打印碳瓦片調控互穿多級孔贗電容電極研究方面獲進展

      贗電容對于超級電容器能量密度的提升具有很大的前景。獲得高性能儲能的關鍵在于構建具有很好相互連通的開孔結構贗電容電極。然而,如何實現贗電容電極結構的一致性規?;瘶嬛约案呋钚圆牧县撦d下的快速離子/電子傳輸,仍然具有較大的挑戰。 

      近日,中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所李清文研究員、張永毅研究員,河南理工大學楊政鵬教授提出以木棉衍生的薄壁、高微孔率、高比面積、豐富雜原子摻雜、適當彎曲的準二維碳瓦片(CT)作為獨特的骨架支撐,通過墨水3D打印策略制備出了一種新型CT-單壁碳納米管(SWNT-NiCo2O4贗電容電極。3D打印的電極結構中,CTsSWNTs耦合形成了大量相互連接的多級孔和連續導電網絡,實現了活性材料NiCo2O4的均勻和高質量負載,同時確保了暢通無阻的離子擴散通道和充足的電子傳輸路徑。得益于電極結構的獨特特點,組裝的非對稱超級電容器具有高比電容和能量密度以及突出的長期循環穩定性。值得注意的是,即使在電極厚度較高時,器件仍然表現出優異的電化學儲能性能。這項工作為構建具有高容量和高功率密度的贗電容電極結構提供了新策略。 

        1. CT-SWNT-NiCo2O4贗電容電極的制備過程示意圖 

        2. CT-SWNT-CMC墨水的制備流程、流變特性和可打印性 

        3. CT-SWNT-NiCo2O4贗電容電極的結構和成分分析 

        4. 不同NiCo2O4載量的電極電化學和形貌表征 

        5. 組裝的對稱超級電容器的電化學性能 

        6.大厚度器件的電化學性能、穩定性及儲能機理 

      相關成果以3D printing of carbon tile-modulated well-interconnected hierarchically porous pseudocapacitive electrode為題發表在國際期刊Energy Storage Materials上。該研究獲得國家自然科學基金(51862035, 52062048)等項目的資助。河南理工大學楊政鵬、楊新銀和楊婷婷為論文共同一作,中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所李清文研究員和張永毅研究員為論文通訊作者。此外,團隊以多孔木棉碳瓦片為電極組裝單元,層層組裝了致密且具有分級多孔結構的薄膜電極,并用于高倍率的鋅離子電池和超級電容器;通過3D打印技術可控構筑了柔性碳基相變無紡布、核鞘結構贗電容電極和相變儲能微格,驗證了其在儲能、多功能織物等領域的應用,相關工作發表在ESM、Small、CEJ、AMI、JPS等期刊上(Energy Storage Materials, 2022, 49, 102-110; Small 2021, 17, 2101093; Chemical Engineering Journal, 2022, 431, 133241; Chemical Engineering Journal, 2021, 423, 130304; ACS Applied Materials & Interfaces 2022, 14, 7283-7291; Journal of Power Sources, 2022, 525, 231148)。 

      論文鏈接 


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