基于层状双金属氢氧化物纳米管的超级电容器

　　无论是化石燃料还是可再生能源，在其被转换成可利用的电能的过程中都离不开高效的能源储能器件。同时，随着便携式、可穿戴器件的普及，发展柔性更好，质量更轻，能量密度更高的储能设备是当务之急。近日，香港理工大学应用物理学系黄海涛课题组，利用碳纤维布作为载体，使用ZnO为模板，借助电化学沉积技术，设计并用一步法制备了具有核壳结构的层状双金属氢氧化物纳米管。通常情况下,Ni-Co化合物电沉积产物是氢氧化物或者混合氧化物。作者通过对制备条件和电解液的控制，以及对沉积物结构的设计，一步法制备了具有核壳式的层状双金属氢氧化物纳米管（Ni-Co@Ni-Co LDHs NTs）。不同于普通管状结构，这种纳米管的顶部由纳米片构成，管身由多孔纳米颗粒组成。前者提供足够的离子反应活性点，后者有利于电解液扩散。同时，Ni-Co金属核可以降低传荷电阻，弥补了层状双金属氢氧化物相对较弱的电子导电性。结构和成分的优点对提升器件倍率性能有显著效果。即使电流密度增加到20A/g,容量损失仍旧小于20%。所组装的柔性器件利用PVA/KOH凝胶作为电解质，电纺碳纤维作为负极，与Ni-Co@Ni-Co LDHs NTs构成了非对称电池型超级电容器，其容量可达319 F/g。当功率密度为1.5 kW/kg时,器件表现出较高的能量密度（100 Wh/kg）。

　　该工作设计的纳米管状核壳式材料为纳米材料结构设计和成分优化提出了新的思路。这一研究成果近期发表于《Advanced Functional Materials》，第一作者是博士刘艳。