三维树形核壳结构电极用于柔性全固态超级电容器增强器件的机械和电化学性能的稳定性 - 课题组新闻

第一作者：顾浩

通讯作者：钟秦、卜云飞

通讯单位：南京理工大学

论文DOI：10.1039/D1TA00522G

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柔性超级电容器的核心问题在于要同时兼顾机械性能和电化学性能。由此出发，混合电极将柔性基底和活性物质结合追求高柔性和高容量。但活性材料与基底的结合问题导致在应力作用下，形变使活性物质脱落和电子/离子传导受阻，所以柔性超级电容器始终得不到理想的性能。本文设计并制备了一种三维树形核壳结构柔性电极，以镀镍碳布(NPCC)为基底，原位生长硒化镍(NS)纳米棒作为核，以镍钴碱式碳酸盐(NCCH)纳米片为壳，构成了NS@NCCH/NPCC混合电极。在本研究中，NPCC既有像碳布一样的柔性，又有像泡沫镍一样优秀的金属导电性和对NS强的束缚作用；硒化物NS纳米棒作为核提高了电子传导能力，并阻止了NCCH纳米片的聚结，有利于离子的传输；NCCH纳米片作为壳提供了丰富的氧化还原活性位点。NPCC基底和NS@NCCH核壳的协同作用实现了柔性超级电容器在机械和电化学性能稳定性上的同步提升。

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背景介绍

随着可穿戴电子设备的发展，柔性全固态超级电容器因其功率大、寿命长、安全等优点受到了极大的关注。目前柔性全固态超级电容器多使用以赝电容材料（氢氧化物、氧化物等）复合柔性基底（碳布、石墨烯等）的混合电极。混合电极将高柔性基底和高活性物质结合从而实现兼顾高柔性和高容量的目标。复合的方式通常有两种，(i)通过水热法、化学气相沉积等方法直接将电活性材料长在碳布上，(ii)通过喷涂、聚合等方式使活性材料和粘结剂（绝缘聚合物等）与基底结合。然而，前者忽略了活性物质和碳材料之间弱的束缚作用，而后者束缚作用显著提升，但“死表面”（即受粘结剂覆盖的非活性表面，无法接触到电解液离子）阻碍了电极电化学性能的发挥。因此，为了兼顾机械性能和电化学性能的目标，本文从以下几点出发：
(I) 增加电极各组分之间的束缚作用； (II) 增强电活性材料的机械和电化学性能的稳定性； (III) 提升电活性材料离子的可获得性和柔性基底的电子传导能力。
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本文要点

要点1：该工作通过化学镀的方式制备镀镍碳布基底，在基底上先后通过溶剂热和水热，形成N S@NCCH 核壳微米阵列，制备了柔性混合电极。 要点2：柔性电极N S@NCCH/NPCC 电极以及对照试验电极的电化学性能。
要点3：柔性全固态非对称超级电容器NS@NCCH/NPCC//AC/CC电化学性能 要点4： 柔性全固态非对称超级电容器NS@NCCH/NPCC//AC/CC机械性能