Small:超轻柔性氮掺杂泡沫碳电极材料用于高性能超级电容器

超级电容器由于具有优异的功率密度和较长的使用寿命,因此被认为是非常有潜力的储能器件。传统的刚性超级电容器在很多柔性可穿戴领域的应用受到极大的限制。因此轻质、柔性、高性能的电极材料具有广阔的发展前景。山东科技大学的付民和清华大学吕瑞涛、美国宾夕法尼亚州立大学的雷钰、Mauricio Terrones以三聚氰胺泡沫为原料,制备了三维氮掺杂碳管泡沫电极材料,并通过简单的离子吸附、气相扩散-沉积和热处理合成了铁酸镍/氮掺杂碳管泡沫复合电极材料。所得的电极材料可直接用于柔性超级电容器的组装,取得了很好的储能效果。相关结果发表在Small(DOI: 10.1002/smll.202004827)上,并于当期Front Cover做简要介绍。

三聚氰胺中的高含氮量实现了碳骨架的氮原子掺杂,赋予了电极材料更好的电化学活性。另外,三维开放的大孔结构为铁酸镍的均匀负载提供了理想的平台。所得铁酸镍/氮掺杂碳管泡沫复合电极材料的表观密度只有0.0055 g cm−3,显示出轻质的特性。得益于碳骨架的开放大孔结构和铁酸镍与氮掺杂碳管泡沫之间的协同作用,所合成的复合电极材料表现出优异的电容性能(1 A g-1时比电容达到715.4 F g-1,10 A g-1时比电容为508.3 F g-1 ;1 A g-1下经过5万次循环后比电容保持率达到90.9%)。另外,将所得材料直接用于柔性超级电容器的组装,无需导电添加剂和粘结剂。在0.5 mA cm-2的电流密度下,面积比电容达到1397.4 mF cm-2,8 mA cm-2的电流密度下,面积比电容为1041.2 mF cm-2。在1 mA cm-2的电流密度和弯曲状态下,经过1万次循环后比电容保持率达到92.9%。 该电极材料集柔性、轻质和优异的电化学特性于一体,显示出潜在的应用前景。