納米碳材料負(fù)載過(guò)渡金屬氧化物用作超級(jí)電容器電極材料

編號(hào)：CPJS06428

篇名：納米碳材料負(fù)載過(guò)渡金屬氧化物用作超級(jí)電容器電極材料

作者：劉敏敏 蔡超 張志杰 劉睿

關(guān)鍵詞： 納米碳材料 過(guò)渡金屬氧化物 贗電容 超級(jí)電容器

機(jī)構(gòu)： 同濟(jì)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 上海大學(xué)可持續(xù)能源研究院 同濟(jì)大學(xué)高等研究院 中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所 南京理工大學(xué)高分子材料與工程專業(yè)

摘要： 與傳統(tǒng)能量存儲(chǔ)設(shè)備相比,超級(jí)電容器因具備比電容高、充放電快、綠色環(huán)保并且循環(huán)穩(wěn)定性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn),在移動(dòng)通信、電動(dòng)汽車、國(guó)防和航空航天領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景,已成為世界范圍內(nèi)的研究焦點(diǎn)。其中,超級(jí)電容器的電極材料是其性能的決定因素,常見(jiàn)的超級(jí)電容器電極材料包括碳材料、過(guò)渡金屬氧化物和導(dǎo)電聚合物等。不同的電極材料的電荷儲(chǔ)存機(jī)理不同,過(guò)渡金屬氧化物具有典型的贗電容行為,依賴可逆的氧化還原反應(yīng)和化學(xué)吸附/脫附過(guò)程來(lái)儲(chǔ)存電荷,理論比電容高。然而,過(guò)渡金屬氧化物同時(shí)存在導(dǎo)電性能差,循環(huán)穩(wěn)定性不佳的缺點(diǎn)。碳材料主要表現(xiàn)雙電層電容特性,依靠材料表面和電解質(zhì)離子間的可逆物理吸附/脫附過(guò)程儲(chǔ)存電荷,具有優(yōu)異的倍率性能,符合實(shí)際生產(chǎn)和應(yīng)用中對(duì)于超級(jí)電容器器件高壽命的要求,但其自身比電容相對(duì)較低。與單一屬性的材料相比,復(fù)合材料往往表現(xiàn)出更加優(yōu)異的電化學(xué)性能,大量的研究表明,過(guò)渡金屬氧化物與碳材料的復(fù)合是解決上述問(wèn)題的有效途徑。碳材料因具有來(lái)源豐富、價(jià)格低廉、質(zhì)量輕盈、比表面積高以及熱穩(wěn)定性好與電化學(xué)性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),日益受到重視,是構(gòu)建贗電容電容器電極的首選基底材料。碳材料結(jié)構(gòu)多樣,近年來(lái),零維的碳量子點(diǎn)、碳球,一維的碳納米管、碳納米纖維,二維的石墨烯、氧化石墨烯,三維的石墨烯泡沫、碳泡沫/海綿等均被成功地用于構(gòu)建碳基復(fù)合電極材料,并取得了豐碩的成果。零維碳納米材料具有高比表面積,提供了調(diào)節(jié)多孔性的靈活度,可以獲得適合各自電解質(zhì)溶液的最優(yōu)化條件。一維碳納米結(jié)構(gòu)一般具有高長(zhǎng)寬比和良好的電子傳輸性能,可以促進(jìn)超級(jí)電容器電極的電荷轉(zhuǎn)移。二維碳納米結(jié)構(gòu)具有比表面積大與導(dǎo)電性高、力學(xué)性能優(yōu)良等特點(diǎn),具備潛在贗電容行為,并�