吉林大学电子科学与工程学院 集成光电子学国家重点实验室，吉林 长春 130012
超级电容器是良好的储能器件，具有功率密度高、使用寿命长、充电速度快等优点。激光诱导石墨烯（LIG）是一种常见的双电层电容器电极材料，但LIG双电层电容器通常表现出较低的电化学性能，而活性物质的掺入会提高超级电容器性能。针对如何控制活性物质的掺入问题，提出一种基于激光直写表面滴涂硝酸铁［Fe（NO3）3］的聚酰亚胺（PI）薄膜以制备LIG-Fe3O4复合物电极的微型超级电容器的方法。激光处理过的区域会同时发生PI薄膜烧蚀与Fe（NO3）3分解，产生Fe3O4与LIG复合的LIG-Fe3O4复合物电极。所制备的LIG-Fe3O4复合物微型超级电容器性能与LIG微型超级电容器相比提高了7.58倍。所提方法为制备高性能LIG微型超级电容器提供了一条新途径。
储能器件 激光直写 激光诱导石墨烯 微型超级电容器 激光与光电子学进展
2024, 61(3): 0314005
1 上海理工大学 光子芯片研究院，上海 200093
2 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093
二维材料碳化钛（Ti3C2Tx）因具有高导电性和大比表面积的特点，在作为超级电容电极材料时，可以实现较高的能量密度。然而，Ti3C2Tx在储能过程中会出现不可逆的氧化失活反应，而且它与基底间的结合力较差，这将导致碳化钛超级电容的循环稳定性欠佳，极大地阻碍了其作为电极材料的广泛应用。将Ti3C2Tx作为活性层与氧化石墨烯（GO）分层复合制作成超级电容电极，覆盖在Ti3C2Tx薄膜之上的GO层可以削弱氧化失活反应。同时，对电极的热处理可提升Ti3C2Tx对基底的附着力。这使得Ti3C2Tx/GO复合电极的充放电循环稳定性明显改善，在5 000次循环之后其容量仍高于初始容量。该设计可为制备高循环稳定性超级电容提供参考。
碳化钛 氧化石墨烯 超级电容器 循环稳定性 titanium carbide graphene oxide supercapacitors cycle-stability
1 河南农业大学机电工程学院, 郑州 450002
2 河南农业大学园艺学院, 郑州 450002
超级电容器因具有功率密度高、充放电速度快和循环寿命长等优点而备受关注, 但是较低的能量密度限制了其广泛应用。开发新型高效电极材料对改善超级电容器电化学性能至关重要。金属有机框架材料(MOFs)具有比表面积大、结构孔径可控和活性位点丰富等特点, 故在能量转化和储存领域受到了广泛关注。但是由于MOFs的结构稳定性和导电性较差, 其作为超级电容器的电极材料时, 无法获得满意的电化学性能。以MOFs为前驱体制得的MOFs衍生物的稳定性和导电性优于原生MOFs, 显著提高了超级电容器的电化学性能。本文综述了超级电容器用纳米MOFs衍生碳化物、氧化物、氢氧化物、磷化物、硫化物电极材料的研究现状, 总结了MOFs衍生超级电容器电极材料的合成策略, 为超级电容器用MOFs衍生纳米材料的研究提供指导意义。
超级电容器 电极材料 衍生材料 碳材料 策略选择 结构调制 supercapacitor electrode material MOF MOF derivative material carbon material strategy selection structural modulation
太原科技大学材料科学与工程学院，太原 030024
过渡金属氧化物作为超级电容器电极材料，具有理论比容量高、化学稳定性好以及来源丰富等优点。然而，其固有的导电性差、利用率低以及循环稳定性差等缺点很大程度上阻碍了其实际应用。金属氧化物中的氧空位能够有效调节其电子性能，降低能带隙，显著提高其电导率，改善电化学倍率性能。此外，氧空位可以诱导金属的低氧化状态，促进表面氧化还原反应的进行，产生更多的活性位点，提高其电化学储存能力。本文总结了氧空位的制备方法和表征技术，并分别从单金属氧化物、双金属氧化物、杂原子掺杂金属氧化物的角度进行分类描述，综述了近年来具有氧空位的金属氧化物在超级电容器中的应用进展。
氧空位 金属氧化物 超级电容器 电化学性能 oxygen vacancy transition metal oxides supercapacitor electrochemical performance
超级电容器具有容量大、功率密度高、循环寿命长的优点，在新能源存储和电动汽车等领域具有广泛的应用前景，而电极材料是提高超级电容器性能的关键。以ZIF-67为模板，通过简便的低温水热反应法以及热处理硒化法，制备了NiCoMnSe电极材料，并通过往ZIF-67模板中添加碳纳米管(CNT)或者氧化石墨烯(GO)来达到最佳的电化学性能。结果表明：最佳的NiCoMnSe/CNT电极在1 A/g下的比电容为624.0 F/g，在10 A/g时的倍率性能为90.1%。15 A/g下循环1 000次的容量保持率为88%。这种优异的电容性能归功于CNT的存在在NiCoMnSe周围引入了额外的介孔，加强了电解质与活性材料之间的接触。由于超级电容器的非对称性，NiCoMnSe/CNT//活性炭器件在800 W/kg的功率密度下表现出较高的能量密度(43.3 W?偸h/kg)，并具有良好的容量保持率(1 000次循环后保持91.4%)。
金属有机骨架 碳纳米管 过渡金属硒化物 超级电容器 电化学性能 metal-organic frameworks carbon nanotubes transition metal selenide supercapacitor electrochemical performance
重庆文理学院材料科学与工程学院，重庆 402160
作为储能材料，过渡金属磷化物在近年来受到了人们广泛关注。以水热合成的MoO3纳米纤维为模板制备FeP空心纳米棒，系统表征其化学成分、结构形貌和制备过程，并研究其作为超级电容器电极材料的电化学性质。结果表明：FeP空心纳米棒内有空腔，外壁由纳米颗粒堆叠、聚集、粘连而成，厚度约为30 nm，形态完好，具有发达的多孔特性和高达277.4 m2/g的比表面积。得益于这些独特结构形貌和大比表面积，FeP空心纳米棒电极在三电极体系下的最大比电容可达243.6 F/g，且拥有优异的倍率性质和循环稳定性，在5 A/g高电流密度下经历反复充放电10 000次后的电容损失率仅13.8%。FeP空心纳米棒出众的电化学行为能媲美甚至优于许多已报道的铁基超级电容器电极材料的电化学表现，展现出了良好的储能优势。
超级电容器 磷化铁 模板合成 空心纳米棒 电极材料 supercapacitor iron phosphide template synthesis hollow nanorod electrode material
过渡族金属硫化物是一种具有较高比电容的活性材料。采用简单且耗时短的方法，在泡沫镍上水热生成MnS/Ni3S2电极材料，并研究水热反应时间、温度对样品形貌、电化学性能的影响。结果表明：MnS/Ni3S2电极材料具有较高的比电容和优良的倍率性能，2 500次循环后比电容的保持率为90%。以MnS/Ni3S2为正极，活性碳(AC)为负极组装了混合型超级电容器器件，MnS/Ni3S2//AC在功率密度为700 W·kg-1时可以提供30.2 Wh·kg-1能量密度。在3 000次循环后比电容保持率高达116.0%，表明MnS/Ni3S2有望在超级电容器领域提供潜在的应用价值。
异质结构 硫化锰 硫化镍 硫化物 超级电容器 heterojunction manganese sulfide nickel sulfide sulfide supercapacitor
1 湖北汽车工业学院材料科学与工程学院, 十堰 442002
2 储能与动力电池湖北省重点实验室, 十堰 442002
以钼硫摩尔比为1:15的钼酸钠和硫脲为原料, 采用高温固相法结合球磨的方法制备二硫化钼(MoS2)纳米片并用于超级电容器。利用热重-差示扫描量热、X射线衍射和扫描电子显微镜对样品的热稳定性、物相及微观形貌进行表征, 并采用循环伏安(CV)、恒流充放电(GCD)和电化学阻抗(EIS)等技术测试样品的电化学性能。结果表明: 经过750 ℃烧结并于700 r·min-1转速下球磨10 h所制的MoS2层数为88层; 在充放电电流密度为0.5和1 A·g-1条件下, 该样品比电容分别为82.4和60.9 F·g-1(优于球磨前的54.6和24.0 F·g-1), 经过2 000次充放电循环, 比电容保持率达92.4%。
二硫化钼 高温固相法 超级电容器 电化学性能 比电容 球磨 molybdenum disulfide high-temperature solid-phase method supercapacitor electrochemical performance specific capacitance ball milling
超级电容器作为一种新型储能器件, 凭借其高功率密度和超长的使用寿命等优点, 已被实际应用于多个领域。在超级电容器组成部件中, 电极材料对器件性能优劣起着关键作用, 因此制备电化学性能优异的电极材料具有重要意义。采用乙酸镍、乙酸钴为原料, 还原型谷胱甘肽(GSH)为形貌控制剂和硫源, 通过水热法制备NiCo2S4电极材料, 并研究了水热反应时间对NiCo2S4微观结构、形貌、电化学性能的影响。结果表明: 在GSH作用下制备的NiCo2S4材料呈现“蛋黄-蛋壳”结构; 当电流密度为0.5 A/g时, 比电容为1 552.7 F/g; 在电流密度为10 A/g条件下可以保持61.3%的比电容; 经过2 000次循环后, NiCo2S4电极材料的比电容保持率可以维持在79.3%。分别以NiCo2S4与活性炭为正负极组装一个混合型超级电容器, 在功率密度为800 W/kg时可以提供33.9 W·h/kg能量密度, 在2 000次充放电循环后样品的比电容保持率为89%。
谷胱甘肽 蛋黄?蛋壳结构 过渡族双金属硫化物 超级电容器 电化学性能 glutathione yolk-shell structure transitional bimetallic sulfide supercapacitor electrochemical performance
高熵氧化物是一种由高构型熵稳定的新型材料, 有望具有独特的电化学性能。采用聚丙烯酰胺凝胶法制备了(Mg0.2Co0.2Ni0.2Cu0.2Zn0.2)O纳米粉体并研究了其超级电容性能。结果表明: 单相(Mg0.2Co0.2Ni0.2Cu0.2Zn0.2)O纳米粉体的制备温度随着丙烯酰胺/金属阳离子摩尔比的增加而降低。当丙烯酰胺/金属阳离子摩尔比为120:1时, 在900 ℃煅烧2 h所制备的岩盐相高熵纳米粉体呈现出球形形态, 粒径为40~65 nm。该高熵纳米粉体在1 A/g的电流密度下具有402 F/g的比电容; 当电流密度增大到20 A/g时, 仍然能保持62%的初始比电容; 在电流密度为5 A/g时, 经过2 000次充放电循环后, 电容保持率为61%, 该研究表明高熵(Mg0.2Co0.2Ni0.2Cu0.2Zn0.2)O纳米粉体在超级电容器电极材料领域具有良好的应用前景。Its Electrochemical Properties As Supercapacitor Electrode
高熵氧化物 丙烯酰胺 超级电容器 电化学性能 电极材料 high-entropy oxides acrylamide supercapacitors electrochemical properties electrode materials
