基于層狀雙金屬氫氧化物納米管的超級電容器

　　無論是化石燃料還是可再生能源，在其被轉換成可利用的電能的過程中都離不開高效的能源儲能器件。同時，隨著便攜式、可穿戴器件的普及，發展柔性更好，質量更輕，能量密度更高的儲能設備是當務之急。近日，香港理工大學應用物理學系黃海濤課題組，利用碳纖維布作為載體，使用ZnO為模板，借助電化學沉積技術，設計并用一步法制備了具有核殼結構的層狀雙金屬氫氧化物納米管。通常情況下,Ni-Co化合物電沉積產物是氫氧化物或者混合氧化物。作者通過對制備條件和電解液的控制，以及對沉積物結構的設計，一步法制備了具有核殼式的層狀雙金屬氫氧化物納米管（Ni-Co@Ni-Co LDHs NTs）。不同于普通管狀結構，這種納米管的頂部由納米片構成，管身由多孔納米顆粒組成。前者提供足夠的離子反應活性點，后者有利于電解液擴散。同時，Ni-Co金屬核可以降低傳荷電阻，彌補了層狀雙金屬氫氧化物相對較弱的電子導電性。結構和成分的優點對提升器件倍率性能有顯著效果。即使電流密度增加到20A/g,容量損失仍舊小于20%。所組裝的柔性器件利用PVA/KOH凝膠作為電解質，電紡碳纖維作為負極，與Ni-Co@Ni-Co LDHs NTs構成了非對稱電池型超級電容器，其容量可達319 F/g。當功率密度為1.5 kW/kg時,器件表現出較高的能量密度（100 Wh/kg）。

　　該工作設計的納米管狀核殼式材料為納米材料結構設計和成分優化提出了新的思路。這一研究成果近期發表于《Advanced Functional Materials》，第一作者是博士劉艷。