河南科技學(xué)院陳軍和鄭州輕工業(yè)大學(xué)張勇課題組在超級(jí)電容器電極材料領(lǐng)域取得了重要突破，通過創(chuàng)新的一步水熱法成功合成了NiMn LDHs/GO復(fù)合材料，顯著提升了超級(jí)電容器的電化學(xué)性能。
圖1 NiMn LDHs/GO復(fù)合電極材料的物化和電化學(xué)性能。A.復(fù)合電極材料的XRD圖譜。B.復(fù)合電極材料的SEM照片。C.復(fù)合電極材料的CV曲線。D.復(fù)合電極材料在不同電流密度下的比電容 在當(dāng)前全球能源危機(jī)和環(huán)保需求日益增長(zhǎng)的背景下，尋求高效、可持續(xù)的能源存儲(chǔ)技術(shù)成為科學(xué)研究的重要方向。超級(jí)電容器，作為一種具有高功率密度、長(zhǎng)循環(huán)壽命和綠色環(huán)保特性的新型電能存儲(chǔ)設(shè)備，其應(yīng)用前景備受關(guān)注。超級(jí)電容器根據(jù)電荷存儲(chǔ)機(jī)制的不同，主要分為電化學(xué)雙層電容器（EDLCs）、贗電容超級(jí)電容器和混合型超級(jí)電容器（HSC）。其中，贗電容超級(jí)電容器以其高能量密度而著稱，而層狀雙氫氧化物（LDH）作為其核心材料，因其獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)和高電化學(xué)活性成為研究熱點(diǎn)。然而，純LDH材料面臨電子電導(dǎo)率低、團(tuán)聚嚴(yán)重等挑戰(zhàn)，限制了其在超級(jí)電容器中的應(yīng)用。 為解決這一問題，研究團(tuán)隊(duì)選擇將高導(dǎo)電性的氧化石墨烯（GO）與NiMn LDHs復(fù)合，利用GO的優(yōu)異特性提升復(fù)合材料的整體性能。GO不僅具有高導(dǎo)電率、化學(xué)穩(wěn)定性和極大的比表面積，還能有效抑制LDH的團(tuán)聚，從而提高材料的電子電導(dǎo)率和電化學(xué)活性。 通過優(yōu)化GO的負(fù)載比例，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，在0.45 wt% GO摻雜比的條件下，NiMn LDHs/GO復(fù)合電極材料展現(xiàn)出了卓越的電化學(xué)性能。具體而言，該材料在1 A g-1的電流密度下，比電容值高達(dá)2096 F g-1，即使在高電流密度（10 A g-1）下，仍能維持1471 F g-1的比電容，顯示出其在高功率應(yīng)用中的巨大潛力。盡管在循環(huán)穩(wěn)定性方面（1000次充放電循環(huán)后，5 A g-1下的電容保持率為53.3%）仍有提升空間，但這一結(jié)果為后續(xù)的結(jié)構(gòu)與工藝優(yōu)化提供了重要參考。 該研究的創(chuàng)新之處在于采用了一步水熱法直接合成NiMn LDHs/GO復(fù)合材料，簡(jiǎn)化了制備流程并提高了效率。同時(shí)，通過系統(tǒng)的表征揭示了GO摻雜對(duì)材料微觀結(jié)構(gòu)和性能的影響機(jī)制，為高性能超級(jí)電容器電極材料的開發(fā)提供了新的策略和技術(shù)路徑。 展望未來，研究團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步聚焦于提升GO的均勻分散、精細(xì)調(diào)控孔隙結(jié)構(gòu)以及增強(qiáng)界面結(jié)合力，以期開發(fā)出更為穩(wěn)定且能效更高的高性能電極材料。這些努力不僅有助于推動(dòng)超級(jí)電容器技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，也為新能源存儲(chǔ)領(lǐng)域注入了新的活力。總之，研究團(tuán)隊(duì)在超級(jí)電容器電極材料領(lǐng)域的這項(xiàng)研究成果，不僅為高性能電極材料的開發(fā)提供了新的思路和方法，也為解決全球能源危機(jī)和環(huán)保問題貢獻(xiàn)了中國智慧和中國方案。 論文信息 Enhanced Electrochemical Performance of NiMn Layered Double Hydroxides/Graphene Oxide Composites Synthesized by One-Step Hydrothermal Method for Supercapacitors Jun Chen, Xin Jing, Ji-Chao Wang, Wan-Qing Zhang, Yong Zhang Chemistry – A European Journal DOI: 10.1002/chem.202402269 
