設(shè)計(jì)高質(zhì)量負(fù)載和高面容量的超級(jí)電容器材料是克服超級(jí)電容器能量密度低的主要策略?；诖?，同濟(jì)大學(xué)蔡克峰教授、中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所黃健高級(jí)工程師等人報(bào)道了利用兩步循環(huán)伏安法制備了具有超高質(zhì)量負(fù)載和高面積容量的NiCo-LDH/NiCoOOH復(fù)合薄膜。

該薄膜由NiCo-LDH/NiCoOOH微球與超細(xì)納米片組裝而成，具有從大孔到微孔高度有序的孔隙分布和豐富的缺陷活性位點(diǎn)，有利于電解質(zhì)離子的運(yùn)輸，提高了反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，極大提高了活性物質(zhì)的利用率。

該膜具有層次化結(jié)構(gòu)，具有80 mg cm^-2的超高質(zhì)量負(fù)載，不僅具有14.7 mAh cm^-2的高面容量，而且具有10.7 mWh cm^-2的創(chuàng)紀(jì)錄的高能量密度，并且在20000次恒流充放電循環(huán)后具有優(yōu)異的機(jī)械穩(wěn)定性和99%的容量保持率。

為更好地理解氧空位誘導(dǎo)的激活機(jī)制，作者采用考慮現(xiàn)場(chǎng)庫(kù)侖相互作用的密度泛函理論（DFT+U）對(duì)電化學(xué)激活過(guò)程進(jìn)行了模擬。

NiCo-LDH中氧空位的形成能為3.328 eV，低于NiCoOOH中氧空位的形成能。NiCo-LDH → NiCoOOH的轉(zhuǎn)化能量為5.175 eV，低于Ni(OH)₂ → NiOOH或Co(OH)₂ → CoOOH的轉(zhuǎn)化能量。

在NiCo-LDH晶格中加入氧空位后，其向NiCoOOH的轉(zhuǎn)化能降至1.847 eV，因此缺陷可以顯著增強(qiáng)激活過(guò)程。

由于NiCo-LDH的缺陷態(tài)主要是由Co的d電子和O的p電子組成，發(fā)現(xiàn)有空位的NiCoOOH中Ni的d電子有額外的缺陷態(tài)。NiCoOOH結(jié)構(gòu)中的氧空位誘導(dǎo)缺陷態(tài)從NiCo-LDH空位中的Ni-Co雙位點(diǎn)轉(zhuǎn)移到NiCoOOH空位中的Ni位點(diǎn)。

NiCo-LDH和NiCoOOH之間的這些細(xì)微缺陷差異會(huì)在充放電過(guò)程中促進(jìn)Ni²⁺ ? Ni³⁺和Co²⁺ ? Co³⁺反應(yīng)中OH^?離子的吸附和電子轉(zhuǎn)移，進(jìn)一步提高電化學(xué)性能。Ni和Co的LHB會(huì)發(fā)生分裂，其中Ni的電子會(huì)向下移動(dòng)，而Co的電子會(huì)向上移動(dòng)以穿透氧的p帶，因此通過(guò)這種電子結(jié)構(gòu)的調(diào)制可以更好地吸附OER反應(yīng)。

Electrochemically Finely Regulated NiCo-LDH/NiCoOOH Nanostructured Films for Supercapacitors with Record High Mass Loading, Areal Capacity, and Energy Density. Adv. Funct. Mater., 2023, DOI: https://doi.org/10.1002/adfm.202305175.

添加下方微信好友，立即咨詢：

電話/微信：13622327160