《AFM》一种用于柔性超级电容器的3D多孔蜂窝状纳米片集成电极

随着人类生活质量的快速提高，便携式和可穿戴电子设备的发展变得越来越迫切。清洁高效的新型储能设备是其核心部件。其中，柔性超级电容器(SCs)因其超高功率密度、长循环寿命、柔性、安全性和高效率而引起了最大的科学兴趣。另一方面，过渡金属氮化物（TMNs）被认为是高性能储能器件的潜在电极材料。然而，电化学反应过程中的结构不稳定性严重阻碍了它们的广泛应用。克服这一障碍的一般方法是在导电基底上制备纳米复合材料TMN。

 

来自中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所的研究人员，报道了一种蜂窝状的CoN-Ni₃N/N-C纳米片通过温和溶剂方法和氮化后处理在柔性碳布上原位生长。作为超级电容器的集成电极，优化后的CoN-Ni₃N/N-C/CC由于其固有电导率的提高和活性位点浓度的增加而获得了显著的电化学性能。特别是，由CoN-Ni₃N/N-C/CC阴极和VN/CC阳极组装而成的柔性准固态不对称超级电容器提供了106 μWh·cm^-2的出色能量密度、40mW·cm^-2的最大功率密度以及出色的循环稳定性。这项研究为使用新型金属氮化物构建高性能柔性储能器件提供了新的视角。相关论文发表在Advanced Functional Materials。

论文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202103073

图1| a)CoN-Ni₃N/N-C/CC合成工艺示意图，b–d)Ni-Co LDH/CC和e–g) CoN-Ni₃N/N-C/CC在不同倍率放大的SEM图像。

 

图2|（a-c）纳米片的透射电镜和（d）HRTEM图像；e) SAED模式，f) EDX。

 

图3| a)可伸缩电极的XRD图案，b) XPS测量光谱。

 

图4|a)可变电极的循环伏安曲线和b)可变电极的循环伏安曲线，c)循环伏安曲线，d)根据循环伏安曲线计算的b-值

 

图5| a)CoN-Ni₃N/N-C/CC//VN/CCFQAS组合示意图。b) GCD和c)不同电压窗口下FQAS的伏安曲线。

 

图6| 串联和并联的两个FQAS装置的(a)循环伏安曲线和(b)GCD。

 

总之，本文实现了蜂窝状结构的CoN-Ni₃N/N-C纳米片成功地在柔性碳纳米管上进行原位生长，其可用作高性能碳纳米管的集成阴极。得益于分级集成纳米结构、CoN-Ni₃N纳米片和N-C的合理结构设计的协同效应，优化的CoN-Ni₃N/N-C/CC电极显示出出色的电导率、出色的速率性能、出色的电容和超长寿命(10000次循环后93.3%的容量保持率)。此外，一种灵活的准固态不对称超级电容器由CoN-Ni₃N/N-C/CC阴极和VN/CC阳极组装而成，其表现出最高106μWh·cm^-2的能量密度、40 mW·cm^-2的最大功率密度和优异的循环稳定性。这项工作为在下一代电化学储能领域构建高能效可穿戴电子设备提供了可行的策略。（文：SSC）