清華深研院Advanced Materials:鎳納米陣列制備高性能贗電容型超級電容

現如今，人們對便攜式消費電子設備的要求日益增高，超薄、柔性、高儲能的儲能器件倍受關注。與其他二次能源儲存設備（如鋰離子電池）相比，超級電容器因其快速充放電、使用壽命長的特點獨樹一幟。

如今商用的碳基微型超級電容器能量密度和功率密度低，應用范圍受到嚴重限制。而贗電容材料以其贗電容的特性，能夠達到普通碳活性物質能量密度的10～100倍，潛力巨大。但贗電容材料循環性能差，工作壽命低。鑒于以上兩點，如何得到能量密度與使用壽命雙優的超級電容器值得關注。

近日，清華大學深圳研究生院楊誠副教授課題組的碩士生徐超，在《Advanced Materials》（IF:17.493）上提出一種全新制備鎳納米陣列的方法，并裝配出高性能超級電容器。

該方法在低溫液相條件下，使用異于模板法的磁場誘導技術，首次合成出具有超長（最長1mm，直徑120nm）、高度取向的鎳納米線陣列。其垂直的取向結構，有利于自由電子和離子的高效運輸遷移；加之鎳納米線陣列遇水良好的浸潤性（超親水），使得其在提高活性物質載量的同時實現優異的電化學性能。以此為集流體，在其上負載金屬氧化物MnO2以及導電高分子PPy，裝配出擁有高能量密度和優異循環性能的可壓縮贗電容型非對稱超級電容器。

以泡沫鎳（0.6m^2/g）為參照集流體對MnO2的電化學性能進行研究，結果顯示，以鎳納米線陣列為集流體的電化學電極顯示出更好的容量、倍率及循環性能。特別應該指出的是，負載有MnO2活性物質的鎳納米線陣列集流體可以將循環性能提升至20000次(剩余容量103.7%)，較之負載MnO2的泡沫鎳集流體在相同條件下循環17000次后容量僅剩20%左右。器件方面，負極材料采用沉積有聚吡咯的鎳納米陣列集流體，該超級電容器顯現出了優異的能量密度（最大值為48 Wh/kg，基于正極和負極活性物質質量）與循環性能（20000次循環后剩余容量為106%）。

這種高度豎直取向、力學強度優異、可壓縮、超親水的鎳納米線陣列集流體以其優異的性能為儲能器件提供了一個出色的三維集流體結構。高效的三維電極結構可以沉積更多的活性物質、提供更有效的離子與電子傳輸通道；三維的分級結構也可以有效地釋放在充放電循環時負載的活性物質所產生的應力，從而提高贗電容材料的循環性能。

與國際上同期的相關工作相比，該方法反應條件溫和（液相），制備的鎳納米線陣列形貌高度可控、力學強度優異、開放比表面積高、遇水浸潤性良好，有望應用在新型電化學儲能、電催化、導電導熱互連等領域。

文獻鏈接：An Ultralong, Highly Oriented Nickel-Nanowire-Array Electrode Scaffold for High-Performance Compressible Pseudocapacitors

文本由王騰投稿，材料牛編輯整理。

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