近期，中國科學(xué)院在高性能超級電容器材料構筑及應用方面取得新進(jìn)展，成功構筑出一種超細鎳鈷合金納米粒子負載的三維多孔石墨碳復合材料。
圖1 超級電容器
超級電容器是介于傳統電容器和充電電池之間的一類(lèi)新型儲能器件，由于具有高能量密度、長(cháng)循環(huán)使用壽命、快速充放電等優(yōu)點(diǎn)，是電化學(xué)儲能領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。根據儲能機制，超級電容器主要分為基于碳材料的雙電層電容器和基于金屬（氫）/氧化物的贗電容電容器兩類(lèi)。
圖2 超級電容器的應用
一般來(lái)說(shuō)，碳材料主要依靠電極表面的電荷層進(jìn)行儲能，而Ru、Mn、Ti、Ni、Co等金屬氧化物/氫氧化物主要通過(guò)可逆的氧化還原電荷轉移來(lái)實(shí)現電化學(xué)儲能。其中Ni、Co等過(guò)渡金屬氧化物/氫氧化物由于具有高理論電容和低成本的優(yōu)勢，是實(shí)現超級電容器大規模應用的理想材料，但較差的導電性和循環(huán)穩定性限制了其在高倍率充放電條件下性能的充分發(fā)揮。
為克服上述缺點(diǎn)，研究人員以NaCl晶體為多孔結構模板，葡萄糖為碳源，在高溫下與Co、Ni鹽同時(shí)熱解，成功構筑出一種超細鎳鈷合金納米粒子負載的三維多孔石墨碳復合材料（3D Ni–Co@PGC），如下圖所示。
圖3：(a) 超細鎳鈷合金納米粒子負載的三維多孔石墨碳復合材料制備過(guò)程。(b) 所制備材料的SEM和TEM圖。(c) 電容器測試性能及應用穩定性。
采用上述方法所構筑的復合材料具有高的比表面，有利于反應活性位的充分暴露；同時(shí)，多孔結構有助于電化學(xué)反應過(guò)程中的傳質(zhì)；所形成的超細Ni-Co合金納米粒子一方面可直接作為電流集流體，另一方面，在堿性電解質(zhì)中其表面可活化為相應的金屬氧化物/氫氧化物作為反應活性位點(diǎn)。
綜合以上優(yōu)點(diǎn)，所制備的材料同時(shí)兼具雙電層電容和贋電容儲能能力，展現出較高的電容器應用性能和循環(huán)穩定性。該研究成果為設計高能量密度和循環(huán)穩定性的儲能材料提供了新的研究思路。
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