同济大学蔡克峰教授关于高负载量超级电容器的最新研究成果发表于《先进功能材料》

第一作者：高明远

通讯作者：蔡克峰教授、同济大学医学院杨金虎教授、上海硅酸盐研究所黄健副研究员和武汉理工大学魏平教授

8月25日， 《先进功能材料》（Advanced Functional Materials） 在线发表了同济大学材料科学与工程学院蔡克峰教授课题组及其合作者的研究论文 “Electrochemically finely regulated NiCo-LDH/NiCoOOH nanostructured films for supercapacitors with record high mass loading, areal capacity, and energy density” 。该研究通过简单的电化学沉积结合电化学活化成功得到了NiCo-LDH/NiCoOOH复合薄膜。该复合薄膜在超高负载量下展现出高的面积容量和稳定性。该论文采用了非原位电子顺磁共振波谱监测电化学活化过程中氧空位的变化，并结合理论计算揭示了电化学活性物质与电化学活化过程中的氧空位之间相互转化机理。此外，该电极材料的合成可以进一步实现数百毫克级负载量的批量化制备，揭示了其在实际电化学储能设备中应用的潜力。

超级电容器作为一种极具发展前景的电化学储能系统，具有高功率密度、超长寿命和优异的倍率性能等优点，受到了人们的广泛关注。然而，低的能量密度是限制其发展的主要瓶颈。众所周知，提高能量密度的两种主要策略是最大限度地提高容量和组装混合电容器。虽然最近已经报道了在低质量负载(≤5mg cm ^-2 )下具有预期容量的实验室规模电极，但当它们组装成混合电容器时，性能仍然不令人满意。因此，制备超高质量负载电极材料被认为是提高器件能量密度的有效策略。不幸的是，当质量载荷增加到≥10 mg cm ^-2 时，由于离子扩散和电子传递缓慢，材料往往遭受严重的容量损失。除质量载荷外，电极孔隙率和活性物质厚度等也是重要的影响因素，其中微孔结构可提供丰富的离子吸附活性位点，中孔和大孔结构可作为快速电子传递和离子扩散通道。因此，合理的平衡和优化这些参数并设计一种同时具有高负载量和高容量性能的材料对于超级电容器的发展至关重要。蔡克峰教授课题组通过电化学沉积结合电化学活化的方法，构筑了兼具高负载量与高容量性能的复合薄膜，展现出超高的能量密度与稳定性。该研究提出了材料内部孔分布、缺陷位点与过渡金属氢氧化物活性物质相结合，设计兼具高负载量与高容量性能的概念，并且该策略有望在高能量密度储能器件中得以应用。

蔡克峰教授课题组 致力于构筑高性能超级电容器电极材料外，还开展了一系列柔性热电薄膜与器件的研究。自2019年以来，课题组克服疫情影响，在Nature Communications (1篇)、Energy & Environmental Science (1篇)、Advanced Functional Materials(2篇)和Nano Energy (2篇)等权威期刊发表学术论文。

论文链接： https://doi.org/10.1002/adfm.202305175

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