超级电容器电极材料的发展历程（创刊25周年专刊论文推荐）

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超级电容器电极材料的发展历程（创刊25周年专刊论文推荐）(1)

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本文讨论了Ni(OH)2基材料的合成方法，特别是与碳质材料复合来提高Ni(OH)2基材料的循环稳定性和倍率性能方面取得的新进展，包括材料的合成、特殊形貌的控制及复合材料的设计等。

作者

李双双,秦志宏,杨小芹,陈强

作者单位

中国矿业大学化工学院

摘要

超级电容器具有功率密度大、寿命长、生产成本低等优点，被认为是最有发展前途的储能系统之一。然而，超级电容器的低能量密度阻碍了其实际应用。由于存储的能量与CV2成正比,可以通过增加材料的电容“C”或操作电压窗口“V”或两者同时增加来提高超级电容器的能量密度。然而具有宽电位窗口的有机电解质离子往往电导率差，成本高，容易引起环境问题。因此为改善能量密度，应采用高比电容的电极材料，故而设计出具有高比电容的适合电极材料就成为研究热点。Ni(OH)2作为超级电容器电极材料，具有理论容量大、成本低、天然丰富、易于合成等优点，近年来备受关注。但由于Ni(OH)2导电率低、比表面积小，其容量劣化严重。碳质材料作为双电层超级电容器的电极材料，其能量存储机制取决于电极表面的电解质离子吸附和解离，具有导电率好、原料丰富、成本较低、电化学稳定性高等优点而应用广泛。因此，有必要将高导电碳质材料引入Ni(OH)2组成复合材料以提高电容性能。笔者综述了Ni(OH)2基材料的合成方法，特别是与碳质材料复合来提高Ni(OH)2基材料的循环稳定性和倍率性能方面的研究新进展。

文中插图

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图1 β-Ni(OH)2的SEM和TEM图

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图2 β-Ni(OH)2的FESEM图

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图3 石墨烯片上生长Ni(OH)2的合成示意

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图4 不同电流密度下Ni(OH)2/GO和Ni(OH)2/TGO电极的比电容

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图5 F-rGO/Ni(OH)2复合物的机械辅助合成

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图6 1.0 mol/L KOH水溶液中不同扫描速率下的MWCNT/Ni(OH)2/PEDOT：PSS的CV曲线以及10 A/g下MWCNT/amor-Ni(OH)2/PEDOT:PSS的循环寿命

结语和展望

本文所述基于Ni(OH)2的复合材料均显示出高比容量和循环性能好的优点，并且所有这些材料均包括碳质材料的使用。这表明低成本和环境友好性使得Ni(OH)2/碳材料复合电极能够在储能领域获得广阔的应用前景。另外，综述了Ni(OH)2与不同碳材料复合的电极材料的合成方法和结构的最新进展，包括原始Ni(OH)2材料的合成。

作者所在课题组基于溶胀作用和溶解平衡原理，创造性地利用CS2/NMP混合溶剂采用萃取反萃取方法，在室温下将煤分为重质组、疏中质组、密中质组及轻质组，并根据各组分自身特点开发其利用价值，极大地提高了煤的利用效率。对其中的重质组进行酸处理和碱活化后所得活性炭不仅比表面积大，还可有效增加比电容并提高倍率性能。如果将这种活性炭与Ni(OH)2复合可望得到性能更好的超级电容器电极材料。

通常，基于Ni(OH)2的超级电容器设备可能在可再生能源中发挥关键作用，且有望解决环境污染问题并减少碳氢化合物燃料的使用。随着Ni(OH)2基电极材料的快速发展，具有安全操作和环境友好的高性能超级电容器适合用作实用的储能设备。因此，Ni(OH)2复合材料优异的电化学性能和合理的结构设计在储能中具有实际应用潜力。

引文格式

李双双,秦志宏,杨小芹,等.Ni(OH) 2 与不同碳质材料复合制备超级电容器电极材料研究进展[J].洁净煤技术，2020，26(1):121-128.

LI Shuangshuang,QIN Zhihong,YANG Xiaoqin,et al.Research progress on composite of Ni(OH) 2 with different carbonaceous materials as electrode material for supercapacitors[J].Clean Coal Technology，2020，26(1):121-128.

END

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