我系在“材料分形结构应用于电化学柔性储能”方面取得新进展
发布时间:2018-10-11 

近年来,可穿戴电子设备由于其重量轻,柔韧性,可弯曲性和高效率的优点而引起了工业和技术工作者的广泛关注。其中,柔性电化学电容器通过离子吸附或氧化还原反应储存能量,可以安全快速地进行充放电,并且最有可能为柔性可穿戴电子器件提供储能。然而,柔性可穿戴超级电容器的发展目前面临一些科学和技术问题:能量密度仍然低于实际应用;在装置结构中,必须使用粘合剂将活性材料与集电器结合,并使粘合剂弯曲。在折叠过程中很容易破裂,而且不灵活。最近,我的副教授胡林峰《具有高活性((01 ̅1)表面的 (Ni

xCo1-x)9Se8树枝状分形结构及其柔性全固态超级电容器应用》(Fractal(NixCo1-x)9Se8 nanodendrite阵列具有高度暴露(01̅1)表面的可穿戴,全固态超级电容器)发表在材料科学的权威期刊《先进能源材料》(Advanced Energy Materials,2018,1801392,1-10),并作为封面文章出版。

分形是一种形态特征,其空间填充在非整数维度中,通常具有最大的暴露表面。如果这种结构可以设计用于电化学能量存储,则可以显着改善“活性材料/电解质”界面处的离子扩散。电化学活性位点的速率和数量使得获得高能量密度。基于上述假设,对于具有高钽电容活性的NiCoSe三元材料,通过溶剂热设计合成和基板表面上的“各向同性成核,取向聚集”机制,在柔性碳布表面上形成分形特征(NixCo1- x)9Se8树枝状密集纳米阵列。通过Ni元素的可控掺杂和成分优化,得到了37 A F g-1在5 A g-1速率下的比电容,经过5000次循环后仍保持了树枝状分析形貌和94.8%的容量。在此基础上,采用碳布上生长的(NixCo1-x)9Se8树枝状致密纳米阵列作为正极,石墨烯作为负极,组装不对称全固态超级电容,窗口电压为1.5。 V.分别获得高达17.0 Wh kg-1的能量密度和3.1 kW kg-1的功率密度,从而实现这种类型的NiCoSe三元材料的最佳性能。为了证明潜在的适用性,将串联固体电容器制成手镯型柔性装置并成功地为LED充电。手镯型超级电容器可戴在手腕上,即使拉伸,扭曲和折叠,也不会影响储能性能并对身体造成伤害。

上述工作发表在材料科学权威期刊《具有高活性((01 ̅1)表面的 (Ni

xCo1-x)9Se8树枝状分形结构及其柔性全固态超级电容器应用》(Advanced Energy Materials,[Fractal(NixCo1-x)9Se8nanodendrite阵列,具有高度暴露(01̅1)表面,适用于可穿戴,全固态超级电容器)。 2018,1801392,1-10),并作为封面文章出版。本文的第一作者是我科研究生杨培玉,胡林峰副教授作为交流的作者。该研究工作由国家自然科学基金(51372040,5171010)和上海青年科技七星项目(16QA1400700)资助。
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