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[原创]吉林大学王策教授和卢晓峰教授：高能量密度非对称型超级电容器（2018-12-17 16:18:12）

标签：能源环境 静电纺丝  

随着便携式电子设备、电动汽车和能源存储技术的快速发展，新的高效能源存储设备亟待开发。非对称超电容器作为有望的能量存储设备之一，因以其高功率密度、快速充放电能力以及超长循环稳定性等特点得到了广泛的关注，并已取得了重大进展。金属有机骨架材料（简称MOF）由于金属中心、配体和生长环境的多重选择性决定了其具有多种化学成分、可调节的孔隙和有趣的形貌等特性，这些特性使其在超级电容器具有潜在的应用前景。与三维(3d)纳米薄片相比，二维(2D)MOF纳米薄片具有更高的孔隙率和表面积。同时，骨架中特定的金属阳离子可以提供法拉第对高电容的贡献。这些特性使MOFs系列产品在众多超级电容器电极材料中具有优异的性能。然而，电导率低，以及电解质离子输运性能差阻碍了它们的进一步发展。为了解决这些问题，研究者将MOFs与导电材料相结合，不仅可以提高材料的导电性，而且可以产生更大的表面积，使电解质接触和电荷传递更加有效。此外，MOF经过热处理得到多孔碳、金属氧化物、金属硫化物或其他复合材料也表现出优异的电化学性能。

近日，吉林大学王策和卢晓峰教授（共同通讯作者）课题组制备了Ni-MOF纳米薄片覆盖PPAN纳米纤维(PPNF@MOF)作为高效超级电容器电极。Ni-MOF纳米片和多孔结构所提供的氧化还原活性位点使超级电容器表现出较高的比电容和良好的循环稳定性。当电流密度为0.5A/g时，10PPNF@MOF经过10000次循环后提供702.8F/g的比电容，展现出优异的循环性能，电容保持率100%以上。此外，研究者还采用碳化法制备了均匀多孔的镍掺杂碳材料(CNF@Ni)。由于电荷转移效率较高，故制备Ni样品具有较好的速率性能，可作为理想的正极材料。此外，研究者分别用PPNF@MOF和CNF@Ni样品作为正极和负极材料组装了非对称固态超级电容器，并展现出较高的能量密度和优异的电化学性能，为设计下一代具有优异电化学性能的超级电容器提供了新思路。相关研究成果以“Fabrication of two-dimensional metal-organic frameworks on electrospun nanofibers and their derived metal doped carbon nanofibers for an advanced asymmetric supercapacitor with a high energy density”为题目发表于国际著名期刊 Journal of  Power Sources上。

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文章来源：易丝帮