超級電容器被認為是未來儲能組件的有力競爭者，因為與電池相比，超級電容器易于構造、超高功率密度、耐用性循環壽命和倍率性能。傳統設備由于其笨重，固有剛性和較低的能量密度嚴重限制了其在便攜式或可穿戴消費電子產品中的應用。天津工業大學李婷婷副教授與逢甲大學林佳弘特聘教授、亞洲大學樓靜文特聘教授合作，基于前期對高性能超級電容器電極材料的研究(Electrochim. Acta 2022. 413.140144, Electrochim. Acta 2023.464.142921和Appl. Surf. Sci 2023.609.155189)，提出通過界面工程制備空心納米花NiCo2O4@Nb2CTx MXene異質結構，用于高性能柔性超級電容器電極。研究內容以“A hollow nano-flower NiCo2O4@Nb2CTx MXene heterostructure via interfacial engineering for high-performance flexible supercapacitor electrodes”發表在《Journal of Materials Chemistry A》。
圖1 NiCo2O4@Nb2CTx MXene異質結構的制備策略示意圖
圖2 電極材料的形貌及所制備電極的柔性測試
圖3 NiCo2O4@Nb2CTx 電極電化學性能測試
圖4 NiCo2O4@Nb2CTx//AC 非對稱超級電容器電化學性能測試
圖5 DFT理論計算
密度泛函理論計算結果表明電子從NiCo2O4遷移到NiCo2O4@Nb2CTx MXene復合界面，導致Nb2CTx MXene和NiCo2O4材料表面產生電子和空穴聚集區從而引起復合材料的費米能級和電導率的變化。電導率的提高增強了可逆氧化還原反應的電荷轉移速率和動力學，提高費米能級可以降低電極材料在高電流下吸附后的極化，從而對電極材料電化學性能的提升產生積極的影響（如圖5）。
論文鏈接https://doi.org/10.1039/D3TA02729E
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