镍钴磷酸盐超薄纳米片—可分别在液态和固态电解液中应用的电极材料

储能技术是一项可能对未来能源系统发展及运行带来革命性变化的技术。目前的储能技术主要包括机械储能、化学储能、电磁储能和相变储能。与其它几种方式相比,电化学储能具有使用方便、环境污染少,不受地域限制,温度范围宽,在能量转换上不受卡诺循环限制、转化效率高、比能量和比功率高等优点。超级电容器能量密度非常高,但是耐压较低, 受制于电解液的分解电压, 一般水系电解液的单体工作电压为0 V – 1.4 V, 且电解液腐蚀性强;非水系可以高达4.5 V, 实际使用的一般为3.5 V。突破应用范围,提高能量密度,是电化学储能技术不变的追求。

AFM

电化学储能技术发展迅速,其发展史,是一部材料科技的进步史。由于超薄二维纳米材料具有柔韧性强,薄且透明等优点,在构筑柔性电化学储能设备方面越来越引人注目。过渡金属磷酸盐作为廉价金属磷酸盐,其成本较低,环保无毒,已经被应用在许多工业领域,但其在电化学储能领域中的应用近几年才被关注。近期,扬州大学庞欢教授课题组用一步法在比较温和的条件下成功合成了镍钴磷酸盐二维超薄纳米片,该成果发表于“先进功能材料”。他们探究了不同镍钴比、溶剂量、表面活性剂、反应温度和反应时间等因素对材料的影响,发现在镍钴比为4:5时能够得到均一的、厚度约为5 nm的超薄纳米片,并且该超薄纳米片在三电极体系下显示出了最佳的电化学性能。这可能是因为横向尺寸大且超薄的纳米片具有大量的活性位点,且超薄二维纳米材料的电子不被层间相互作用限制,从而使其电化学性能大幅度提高。庞欢教授课题组以镍钴磷酸盐超薄片为正极,活性炭为负极分别制备了液态和全固态柔性电化学储能设备,这些设备展示出较高的比电容,优异的循环稳定性和高能量密度。从图中可以看出,全固态柔性储能设备在不同的弯曲模式下循环300次后,容量几乎没有变化。

镍钴磷酸盐超薄片在液态电解液和固态电解液中都体现出良好的电化学储能性能,在电解液需要液固转换的地区(如温差大的地区)有着潜在的应用前景。

本工作以内封面文章的形式发表在Advanced Functional Materials(DOI: 10.1002/adfm.201605784)上,第一作者为扬州大学化学化工学院在读博士生李冰