✨Оксид металла (гидроксид) в настоящее время является материалом с самой высокой удельной емкостью и плотностью энергии. Кроме того, он обладает преимуществами богатого сырья, разнообразной морфологии и структуры, низкого сопротивления и высокой удельной мощности и стал признанным предпочтительным материалом для электродов суперконденсатор.

🌟Суперконденсатор с оксидом металла в качестве материала электрода относится к псевдоконденсаторам Фарадея, также известным как квазиконденсаторы Фарадея. Электродные материалы в основном включают оксиды драгоценных металлов и оксиды переходных металлов. Поскольку процесс накопления энергии псевдоконденсатора реализуется посредством окислительно-восстановительной реакции, поверхность и внутренняя часть материалов электродов могут участвовать в реакции Фарадея, в то время как электрический двухслойный конденсатор связан с накоплением энергии, реализуемым за счет электростатической адсорбции на поверхности материала электрода. , поэтому удельная емкость псевдоконденсатора намного выше, чем у двухслойного конденсатора, достигая 10 ~ 100 раз, что позволяет реализовать миниатюризацию суперконденсатор.

⚡️Результаты показывают, что оксиды металлов, подходящие для электродов суперконденсатор, обычно должны иметь: ① проводящие оксиды; ② В непрерывном диапазоне без фазового перехода должно быть два или более сосуществующих состояния окисления металла; ③ Его решетка должна позволять свободно вставлять протоны (или удалять их путем окисления) посредством восстановления для обмена O2 и OH-. До сих пор все больше и больше оксидов металлов применялось для псевдоконденсаторных суперконденсатор, в основном включая RuO2, MnO2, Co3O4, NiO, V2O5, Fe3O4, SnO2, Bi2O3, IrO2 и т. д.

1 Оксиды драгоценных металлов

💥В 1990-х годах, когда Конвей исследовал электродные материалы из оксида рутения (RuO2), он обнаружил, что они обладают такими преимуществами, как хорошая проводимость, высокая стабильность, большая удельная емкость и быстрая зарядка и разрядка. Это был первый исследованный электрод суперконденсатор. Материал. После исследований можно получить отличные электрохимические характеристики, а его удельная емкость намного выше, чем у конденсаторов с двойным электрическим слоем. Среди различных оксидов RuO2 считается электродным материалом псевдоконденсатора Фарадея с лучшими характеристиками среди исследуемых в настоящее время электродных материалов для суперконденсатор и считается наиболее перспективным материалом.

🌼Как материал электрода суперконденсатор, оксид рутения имеет много состояний, которые обычно можно разделить на материал электрода из чистого оксида рутения и композитный материал электрода из оксида рутения. Электродные материалы из чистого оксида рутения можно разделить на кристаллические материалы и аморфные материалы в зависимости от формы оксида рутения. Поскольку оксид рутения дорог, его лучше комбинировать с другими материалами с аналогичными функциями и низкими ценами. Композитные электродные материалы из оксида рутения можно разделить на: композиционные материалы с углеродом, композиционные материалы с другими оксидами и композиционные материалы с проводящими полимерами.

1.1 Электродный материал из кристаллического оксида рутения и электродный материал из аморфного гидратированного оксида рутения

☀️Лаборатория армии США сообщила, что удельная емкость ее аморфного гидрата RuO2 может достигать 768F на грамм. Fang использовал метод термического разложения и окисления для изготовления тонкопленочных электродов RuO2, а удельная емкость одного электрода достигла 380F; Ху приготовил гидратированный RuO2 электрохимическим осаждением, удельная емкость могла достигать 552F на грамм, а удельная мощность могла достигать 147 кВт на килограмм; Макино использовал жидкокристаллический материал в качестве шаблона Электроосаждение упорядоченных мезопористых материалов RuO2, удельная емкость может достигать 12,6 мФ на квадратный сантиметр; Ху и др. успешно синтезировала электроды из массива нанотрубок на водной основе RuO2 (RuO2 xH2O) с использованием методов темплатного синтеза и осаждения анодов с максимальной удельной мощностью 4320 кВт. J.P. Чжэн Получение аморфного электродного материала RuO2 xH2O низкотемпературным отжигом золь-гель методом.

🌈В своей объемной фазе Н+ легко транспортируется, поэтому окислительно-восстановительные реакции могут проходить не только на его поверхности, но и в объемной фазе. Материал электрода имеет высокий коэффициент использования, удельную емкость 768F и плотность энергии 96J; Б. О. Парк и соавт. методом катодного электроосаждения получен тонкопленочный электрод RuO2. Исследования показали, что удельная емкость и интервал заряда-разряда определяются толщиной электроосажденной пленки RuO2. При его массовой плотности 0,0014 г удельная емкость электрода достигает 788F. Но при дальнейшем увеличении толщины пленки RuO2 изменяется морфология ее поверхности, уменьшается пористость внешнего слоя и формируется плотный внутренний слой. Наоборот, его удельная емкость снижается. Ся и др. RuO2 получали гидротермальной реакцией с использованием RuCl3 в качестве прекурсора. Результаты показывают, что материал имеет высокую плотность энергии и удельную емкость, а также хорошую циклическую стабильность. После 2000 циклов значение его емкости осталось на уровне 97% от исходного значения.

💐Высокодисперсные наноразмерные частицы RuO2 обладают высокой удельной емкостью, высокой плотностью энергии, высокой удельной мощностью и хорошей стабильностью. На рис. 3-1 показаны различные морфологии RuO2 в суперконденсатор. Шо Макино и др. Япония исследовала емкостные свойства наночастиц RuO2 с низким содержанием кристаллов воды и нанолистовых электродных материалов RuO2 с высоким содержанием кристаллов в биоэлектролитном буфере Acetobacter. Экспериментальные результаты показывают, что удельная емкость нанолистов RuO2 в 5 моль буфера Acetobacter достигает 1038F. Результаты исследования дают новую идею для разработки экологически чистых материалов.

1.2 Композитный электродный материал из диоксида рутения/углерода

🌷В последние годы также привлекают внимание различные композитные электродные материалы RuO2/углерод. Углеродные материалы, используемые в качестве электродов для электрохимических суперконденсатор, в основном включают порошок активированного угля, сажу, углеродное волокно, стеклоуглерод, углеродный аэрозоль, углеродные нанотрубки и т. д. Нанесение RuO на углеродные материалы с большой площадью поверхности различными способами может увеличить удельную площадь поверхности. RuO, тем самым увеличивая удельную емкость материала; добавление оксида рутения к углеродному материалу может увеличить удельную емкость углеродного материала. Например, удельная емкость электродов RuO2/многостенные углеродные нанотрубки в водном растворе серной кислоты достигает 1652F. Проводящая углеродная матрица значительно повышает проводимость материала, облегчает проникновение ионов и значительно сокращает расстояние передачи ионов. Ву использовал золь-гель метод и методы низкотемпературной термообработки, чтобы нанести RuO2 на поверхность графена. Благодаря высокой удельной поверхности и высокой проводимости графена использование активного материала RuO2 значительно улучшается. Было обнаружено, что когда количество загрузки RuO2 достигало 38,2%, удельная емкость композитного материала составляла около 570F, что было аналогично чистому RuO2, и композитный материал мог значительно снизить стоимость подготовки электрода.

1.3 RuO2/проводящий полимерный композитный электродный материал

🌹С расширением сферы исследований все больше внимания уделяется композитам RuO2/полимер, в том числе RuO2/полианилин, RuO2/полипиррол и RuO2/полиэтилен (3,4-этилендиокситиофен). Линь Чжидун и др. приготовили нанокомпозит RuO2 и полианилина (ПАНи) методом полимеризации in situ. При содержании RuO2 3% удельная емкость композитного электрода достигает 373,27F. S. Cosnier и др. смешали полипиррол с RuO2 в различных пропорциях для получения более высокой удельной емкости, но необходимо улучшить удельную мощность.

1.4 RuO2/другие оксидные композитные электродные материалы

🌺Сообщается, что оксид рутения и оксид марганца, оксид никеля, оксид свинца, оксид вольфрама, оксид индия, оксид олова, оксид стронция, оксид кобальта, оксид тантала и другие оксидные материалы с псевдоемкостным эффектом могут быть получены методом соосаждения, коллоидным методом. золь-гель метод и другие методы. Удельная площадь поверхности этих композитных электродов из двойного оксида металла увеличивается при введении смешанных оксидов металлов. В то же время использование этих дешевых материалов может снизить стоимость изготовления электродов, и, конечно же, функции также уменьшатся. Однако общие характеристики материалов (таких как оксид стронция и оксид индия) также улучшатся благодаря синергетическому эффекту электрохимических характеристик. Кроме того, оксиды без псевдоемкостного эффекта, такие как оксид кремния и оксид титана, также перерабатываются в различные носители с высокой удельной поверхностью (такие как пленка, сетка, нанотрубка и аэрогель), а затем на носители наносится оксид рутения для увеличения их удельной поверхности и удельной емкости. Йокосима и др. последовательно приготовили RuO2 и MoOx, VOx, TiO2, SnO2 и другие композиционные электродные материалы золь-гель методом, что показало отличные электрохимические характеристики композиционных электродных материалов при снижении количества RuO2. Пани и др. золь Ru(OH) 4 и Ti(OH) 4 с покрытием, образованный гидролизом RuCl3 и TiCl3 в растворе соляной кислоты на подложке Ti, для получения композиционных электродных материалов Ti/TiO2+RuO2.

🌸В настоящее время материалы RuO2 в основном используются в аэрокосмической, военной и других областях. Из-за ограниченных ресурсов рутения и высоких цен широкомасштабное применение затруднено. Кроме того, среди электродных материалов из оксидов благородных металлов в качестве электродов используются материалы IrO2 или RhOx, которые имеют псевдоемкостные характеристики Фарадея, аналогичные электродам RuO2. Все они обладают хорошей проводимостью и могут обеспечить высокую удельную емкость и удельную энергию, но они дороги. Поэтому необходимо найти альтернативные материалы или добавить другие материалы, чтобы уменьшить их расход.

2 Transition metal oxides/hydroxides

🌼Хотя оксиды драгоценных металлов и их композиты могут обеспечить очень высокую удельную емкость в суперконденсатор, их высокая стоимость сильно ограничивает их применение в коммерческом производстве. Поэтому исследователи пытаются изучить возможность использования других оксидов/гидроксидов переходных металлов для замены оксидов благородных металлов в качестве электродных материалов. Некоторые дешевые оксиды металлов, такие как NiO, MnO2, Co3O4, SnO2, V2O5, обладают сходными свойствами с RuO2, богаты ресурсами и дешевы, что привлекло большое внимание отечественных и зарубежных исследователей. Следовательно, он имеет сверхемкостные характеристики.

2.1 Оксид никеля

🌻Никелевые электродные материалы обладают высокой удельной емкостью, хорошими показателями увеличения и стабильностью, богаты запасами, дешевы, экологичны и нетоксичны. Это класс электродных материалов с большим потенциалом развития. Оксид никеля в основном используется в суперконденсатор в виде тонких пленок. Его методы приготовления включают химическое осаждение, золь-гель, электрохимический метод и метод темплата. Кроме того, различные нанооксиды никеля с различной морфологией, такие как нанопроволоки, наноленты, пористые мембраны, наноконусы, наностержни, нанослои и наносферы, также пытались использовать в качестве электродных материалов для суперконденсатор.

🌞Ванг и др. получили наноленты из оксида никеля простым гидротермальным методом. При плотности тока 5 А его удельная емкость может достигать 600F. Коэффициент сохранения удельной емкости составляет 95% после 2000 циклов. Дэн Мейген и др. приготовили ультрадисперсный порошок Ni(OH) 2 методом преципитации и получили NiO со средним диаметром около 10 нм путем термообработки при 300 ℃. Этот метод имеет простое экспериментальное оборудование и легкий контроль условий процесса.

🌝Полученные нано-NiO-суперконденсатор имеют типичные фарадеевские псевдоемкостные характеристики. При плотности тока заряда/разряда 2 мА·см-2 удельная емкость материала электрода достигает 243F. цикличность и низкая электропроводность.

🌛Для решения этих проблем эффективным методом является объединение оксида никеля с оксидом кобальта или проводящими углеродными материалами для формирования композиционных материалов. Благодаря высокоактивному поверхностному слою из оксида никеля этот композитный материал демонстрирует очень высокую удельную емкость (900 Ф), плотность энергии (60 Вт) и удельную мощность (10 Вт); Симметричные суперконденсатор, собранные из композитов графен/оксид никеля, также могут обеспечивать высокую удельную емкость (220F); В другой работе, ремонт оксида никеля, удельная емкость композита составила 816F · г-1, и его свойство увеличения было хорошим после декорирования трехмерного графена; Композит из оксида никеля и углеродных нанотрубок позволяет улучшить утилизацию активных веществ в материалах, а удельная емкость может достигать 384 Ф·г-1.

🌕Лян Кун и др. сконструировали высокоэффективные электродные материалы для суперконденсатор, такие как нанопористая пленка NiO и мезопористая пленка NiO, легированная LaNiO3, на основе нанопористой пленки Ni. Эти материалы имеют большую удельную поверхность, разумное распределение пор по размерам и хорошую проводимость. Их можно использовать непосредственно в качестве электродных материалов без использования органических связующих, демонстрируя хорошие электрохимические характеристики. Хотя оксид никеля и гидроксид никеля имеют высокую теоретическую удельную емкость и низкую стоимость, их потенциальные окна относительно малы. Как увеличить потенциальные окна, чтобы удовлетворить потребности практических коммерческих приложений, все еще остается проблемой, требующей решения.

2.2 Оксид и гидроксид кобальта

🌖Среди различных оксидов металлов Co3O4 считается передовым материалом, способным заменить RuO2 из-за его низкой стоимости, высокой окислительно-восстановительной активности, теоретической удельной емкости до 3560F, хорошей обратимости и экологичности.

🌱Lin приготовил сверхтонкий активный материал электрода Co2O3 путем гидролиза алкоксида, и удельная емкость одного электрода достигла 246F. Однако сухой гель CoOx, синтезированный методом золь-гель алкоксида, может обеспечить максимальную удельную емкость 291F при 150 ℃, что очень близко к теоретическому значению 335F, а характеристики цикла стабильны.

🌿В последние годы ученые также работают над синтезом наноструктур Co3O4 различной морфологии, таких как нанослои, нанопроволоки, нанотрубки, наностержни, гель и микросферы. Удельная емкость массива нанослоев Co3O4 может достигать 2735F. Благодаря своей уникальной трехмерной слоистой структуре он обладает характеристиками быстрого переноса ионов и электронов. Массив мезопористых нанопроволок Co3O4 может достигать удельной емкости 1160F, покрытой вспененным никелем. После этого коэффициент удержания составил 90,4%. Нанотрубки оксида кобальта также обладают хорошими емкостными свойствами благодаря своей уникальной структуре и большой удельной поверхности.

☘️Чтобы улучшить проводимость электрода Co3O4, его компаундировали с различными углеродными материалами и применяли в суперконденсатор. Например, по сравнению с чистым Co3O4 удельная емкость композита оксид кобальта/углеродные нанотрубки, синтезированного методом соосаждения, значительно увеличивается до 418F, что связано с синергетическим эффектом между Co3O4 и углеродными нанотрубками. Максимальная удельная емкость водного раствора композитов графен/Co3O4 составляет 243,2F. Трехмерные нанопроволоки Co3O4 на основе пены графена имеют удельную емкость 1100F и превосходную циклическую стабильность. Гибкий композитный электрод из бумаги Co3O4/графен/углеродные нанотрубки имеет удельную емкость 378F.

🍀Удельная емкость, создаваемая потенциальным осаждением нержавеющей стали на нанослой гидроксида кобальта, составляет 890F. Пористый гидроксид кобальта/никель. Проводимость композита была улучшена за счет введения никеля, а удельная емкость составила 1310F. Мезопористые нанопроволоки гидроксида кобальта, подобные морскому ежу, демонстрируют удельную емкость 421F. Более высокая удельная емкость материала объясняется его упорядоченной структурой, слоистой пористостью и хорошей электропроводностью. Чтобы еще больше улучшить его электрохимические характеристики, проводящие углеродные материалы (такие как углеродные нанотрубки и графен) использовались для создания композитных наноструктур из гидроксида кобальта. Бессвязный электрод из массива гидроксида кобальта/углеродных нанотрубок обеспечивает высокую емкость (12,74F) и обладает превосходными характеристиками высокого увеличения. По сравнению с чистым гидроксидом кобальта (726,1F) композит графен/гидроксид кобальта демонстрирует высокую удельную емкость (972,5F). Хотя гидроксид кобальта и композиты на его основе обладают высокой удельной емкостью, их практическое применение в суперконденсатор будет сильно ограничено из-за низкого содержания активных веществ и узкого диапазона потенциалов.

2.3 Оксид марганца

🍄Оксиды металлов на основе марганца стали предметом исследований электродных материалов для суперконденсатор из-за их низкой цены, обширных ресурсов, защиты окружающей среды и отличных электрохимических характеристик. В настоящее время различные MnO2 с различной кристаллической структурой, морфологией и размером частиц были изучены, синтезированы и применены к суперконденсатор, и его теоретическая удельная емкость может достигать 1370F. Существует много методов синтеза MnO2 в качестве электродного материала суперконденсатор, таких как метод низкотемпературного восстановления, метод химического соосаждения, гидротермальный сольвотермический синтез, метод химической микроэмульсии, метод золь-геля, метод сжигания раствора, метод твердофазной реакции, синтез с помощью микроволнового излучения и метод осаждения.、

🌴Опасное землетрясение Кун подготовил α、β、δ、γ Результаты показывают, что все они имеют хорошие емкостные характеристики, α-MnO2 имеет самую высокую удельную поверхность и пористость, его удельная емкость до 136F·g-1, но его высокая текущие разрядные характеристики плохие, а другие три вида MnO2 имеют одинаковую удельную поверхность. β-Хотя удельная емкость MnO2 низкая (117,1F), его разумная пористая структура обеспечивает наилучшие характеристики увеличения и циклическую стабильность.

🌳М.Кунду и др. Ли Вэньяо приготовил монокристаллы путем гидротермального синтеза сверхдлинных нанопроволок α-MnO2, синтезированных нанопроволок и наностержней α-MnO2 с поверхностно-активным веществом. Путем сравнения было обнаружено, что электрохимические характеристики электрода из сверхдлинной нанопроволоки MnO2 были лучшими, а его удельная емкость могла достигать 345 Ф·г-1 при плотности тока 1 А·г-1. Ван и др. использовали одностадийный гидротермальный метод для синтеза пеноникелевых мезопористых нанолистов MnO2/Ni(OH)2. С помощью пеноникелевого высокопроводящего каркаса его удельная емкость достигала 843Ф·г-1 при плотности тока 2А·г-1. Это указывает на то, что электрохимические характеристики электрода могут быть эффективно улучшены за счет синтеза наноматериалов с особой морфологией и структурой.

🌲Ян и др. Результаты испытаний заряда/разряда показывают, что удельная емкость материала электрода достигает 204F, а коэффициент сохранения емкости близок к 100% после 1000 циклов. Донг и др. получили наночастицы MnO2 в результате окислительно-восстановительной реакции in situ между ионами перманганата и углеродом и внедрили их в мезопористую стенку углеродных материалов. Эта новая структура композита MnO2/мезопористый углерод имеет удельную емкость более 2000F, обладает высокой электрохимической стабильностью и высокой обратимостью.

🎄MnO2 имеет плохую проводимость, поэтому другие металлические элементы (Co, Ni, Al, Mo, V, Fe и т. д.) смешиваются с MnO2 с образованием смешанных оксидов, а проводимость MnO2 увеличивается за счет введения большего количества носителей.

🌵Правильное легирование также может эффективно предотвратить растворение MnO2, тем самым улучшая электрохимическую обратимость и циклическую стабильность. Легирование ванадием может эффективно ингибировать рост кристаллов MnO2, в то время как легирование железом может улучшить кристалличность и структурную стабильность, а также снизить концентрацию нестабильного Mn3+ . Включение оксидов металлов, таких как SnO2 и Co3O4, может обеспечить быстрый путь для переноса электронов и расширить электрохимические применения аморфного MnO2.

2.4 Оксид железа

🐲Оксиды железа FexOy, такие как Fe3O4 и Fe2O3, имеют низкую стоимость, относительно высокую теоретическую фарадеевскую емкость и высокую проводимость (Fe3O4 составляет около 2 × 104S·м) и безопасны для окружающей среды, но их электрохимические характеристики нуждаются в улучшении из-за плохой проводимости. Сообщалось, что удельная емкость гидротермально синтезированного оксида железа составляет 340,5F, а его электрохимические характеристики сильно зависят от размера зерна.

🐉Чтобы улучшить электрохимические характеристики оксида железа, многие исследователи создали наноструктуры, углеродные материалы или проводящие полимеры с проводящими фазами. Например, удельная емкость композитных нанотрубок графен/оксид железа составляет 215F, что в 7 раз больше, чем у чистого Fe2O3 [38]. Джин Юхонг и др. [39] получили полые челночные наночастицы Fe2O3 безтемплатным гидротермальным методом. Структура полых пор может ограничивать электролит. Увеличивая место реакции активного вещества, он сокращает расстояние передачи между активным веществом и электролитом, обеспечивая быструю передачу ионов. При плотности тока 0,5 А·г удельная емкость материала электрода составляет 249 Ф. Высокоупорядоченный α- Из-за своей уникальной наноструктуры массивы нанотрубок оксида железа могут обеспечить быстрый маршрут транспортировки и прочную структуру с удельной емкостью до 138F · г-1. Максимальная удельная емкость тройного композита графен/оксид железа/полианилин составляет 638F · г-1. В растворе гидроксида калия его удельная мощность составляет 351 Вт, плотность энергии – 107 Вт, а удельное затухание емкости составляет всего 8% после 5000 циклов. Удельная емкость композита углеродные нанотрубки/нано-Fe3O4 составляет 165F, и после 1000 циклов удельная емкость по-прежнему составляет около 85%.

🦄Недавно некоторые исследователи обнаружили, что внешнее магнитное поле оказывает большое влияние на свойства композитов графен/оксид железа и обладает очевидной способностью повышать емкость. В настоящее время электрохимические свойства оксидов железа не полностью оправдали ожидания. Низкая проводимость и плохая циклическая стабильность по-прежнему являются проблемами при применении оксидов железа в электродных материалах суперконденсатор.

3 Композит на основе оксида металла

🦉 В качестве нового электродного материала для суперконденсатор композитные материалы стали предметом исследований в последние годы. Хотя суперконденсатор на основе оксидов металлов быстро развивались и достигли определенного прогресса в теории и на практике, электрохимические свойства суперконденсатор на основе оксидов металлов все еще нуждаются в дальнейшем улучшении. Производительность суперконденсатор может быть эффективно улучшена за счет смешивания оксидов металлов с другими материалами с превосходными емкостными свойствами и использования синергетического эффекта между компонентами.

3.1 Композитные материалы из различных оксидов металлов

🐭Тао Цзяю и др. использовали MnO2 и триоксид молибдена с наибольшей разницей работы выхода в оксидах переходных металлов в качестве материалов положительного и отрицательного электродов асимметричных суперконденсатор. Нанопроволоки MnO2 и наноленты триоксида молибдена были синтезированы гидротермальным методом, а углеродные нанотрубки были легированы в определенной пропорции для улучшения проводимости электродов. Результаты показывают, что окно рабочего напряжения асимметричного суперконденсатор, состоящего из этих двух электродов, составляет 0 ~ 2,0 В, а его объемная удельная емкость составляет 50,2 Ф при скорости сканирования 2 мВ · с-1. После дополнительной вставки промежуточного слоя с встроенной структурой между положительным и отрицательным электродами окно рабочего напряжения устройства может достигать 0-4,0 В. При плотности мощности 261,4 мВт плотность энергии конденсатора может достигать 28,6 мВт. После 10000 циклов испытаний устройство может сохранить 99,6% начальной емкости. Сюй и др. гидротермальным методом получают металлооксидные композиты NiO/Co3O4, а соотношение Ni/Co в реакционном растворе регулирует морфологию и электрохимические свойства металлооксидных композитов.

🍏В 2017 году Чжэн Синь разработал структуру энергетических зон, способствующую интерфейсу электронной передачи через композит из различных металлических материалов. Заделанный слой TiO2 был введен на границе раздела ZnO/Ni (OH) 2, а массивы нанопроволок ZnO/TiO2/Ni (OH) 2 со структурой ядро-оболочка были подготовлены в качестве катодных материалов, которые эффективно снижали транспортный барьер электронного интерфейса во время зарядки, уменьшил энергию активации в реакции восстановления и увеличил емкость. Далее он приготовил композитные наноматериалы ZnO/Fe2O3 гидротермальным методом в качестве катода суперконденсатор, собрал асимметричные суперконденсатоp и расширил окно напряжения устройства до 1,6 В. При плотности тока 1 А удельная емкость составляет 146,8 Ф·г-1, а при плотности мощности 1350 Вт плотность энергии составляет 52,22 Вт. Позже он дополнительно оптимизировал характеристики переноса электронов на границе раздела катодных материалов и использовал гидротермальный метод для выращивания массивов нанопроволок ZnO / NiO со структурой ядро-оболочка на трехмерной подложке из углеродной ткани в качестве гибких самонесущих электродов. Наночастицы золота внедрены на границе раздела ZnO. /NiO ультрафиолетовым восстановлением. При плотности тока 5 А емкость материала электрода ZnO/Au/NiO составляет 4,1 Ф, что на 720% выше, чем у материала электрода ZnO/NiO (0,5 Ф). Внедрение Au может образовать потенциальную яму между ZnO и NiO. Во время процесса зарядки небольшое количество электронов может быть захвачено, что дополнительно улучшает способность материала электрода накапливать заряд.

3.2 Композит углерод/оксид металла-суперконденсатор

🍎Композиты углерод/оксид металла широко используются в качестве электродных материалов в суперконденсатор, включая композиты углеродные нанотрубки (УНТ)/оксид металла и композиты графен/оксид металла.

🍐Чен и др. получен композит УНТ/Ni(OH) 2 прямым гидротермальным методом. Этот метод приготовления делает УНТ однородно диспергированными в частицах Ni(OH) 2 . При использовании 6-молярного раствора в качестве электролита при зарядном токе 5 А удельная емкость композита составляет 1244,2 Ф; При плотности тока 20А·г-1 удельная емкость остается на уровне 771,3Ф·г-1, что значительно выше, чем у частиц Ni(OH)2 (372,1Ф) и УНТ (101,4Ф). На основе высокой удельной поверхности и высокой химической стабильности углеродных нанотрубок было быстро разработано изготовление композитов углеродных нанотрубок/оксида металла в качестве материалов-носителей. Тем не менее, из-за различных типов и композиционных методов оксидов удельные емкости композитных электродных материалов из углеродных нанотрубок/оксида металла сильно различаются, как показано в Таблице 3-1.

Суперконденсатор

🍊Композитные материалы графен/оксид металла (гидроксид) используют оксид графена в качестве носителя и используют кислородсодержащие группы на его поверхности в качестве точек привязки наночастиц для осаждения частиц оксида металла на его поверхность. Синергетический эффект двух материалов не только поддерживает удельную мощность суперконденсатор, но также увеличивает удельную энергию и циклическую стабильность системы, а также позволяет получить электродные материалы с превосходными комплексными характеристиками. Чен и др. использовали метод электрохимического осаждения для выращивания на месте наночастиц MnO2, подобных цветам, на поверхности графена, и наноцветы MnO2 равномерно росли на листе графена, образуя однородную структуру электрода.

🍌Существование наночастиц MnO2 может увеличить расстояние между листами графена, тем самым способствуя диффузии ионов. Асимметричные суперконденсатоp собраны с графеном в качестве анода и графеном с покрытием из MnO2 в качестве катода. Удельная емкость и удельная мощность конденсатора 328Ф·г-1 и 25,8кВт·кг-1 соответственно. Ли и др. использовали метод гидротермального синтеза для загрузки наноигл Mn3O4 на графен. В 1моль·л-1 электролита Na2SO4 при плотности тока заряда/разряда 0,5А·г-1, 1А·г-1, 2А·г-1, 5А·г-1, 10А·А·г-1, 15А · г-1 и 20А · г-1, удельные массовые емкости композитов составили 121Ф · г-1, 115Ф · г-1, 107Ф · г-1, 97Ф · г-1, 88Ф · г-1, 85Ф · g-1 и 83F · g-1 соответственно (потенциальное окно – 0,1~0,7В). После 10 000 циклов заряда/разряда (5 А · г-1) показатель сохранения емкости был близок к 100%.

🍉По сравнению с нано-электродом Mn3O4 обнаружено, что удельная емкость композитного материала графен/Mn3O4 значительно увеличивается, что указывает на то, что благодаря проводимости графена внутреннее сопротивление материала электрода может быть уменьшено, а эффект электрохимической поляризации может быть уменьшен. ; А высокая удельная поверхность графена также улучшает коэффициент использования Mn3O4, тем самым увеличивая удельную емкость композита. Точно так же удельная емкость различных композитных электродных материалов из графена/оксида металла сильно различается, как показано в Таблице 3-2.

Суперконденсатор

🍋Хотя композит из частиц оксида металла и графена может эффективно улучшить емкость, а композит прост и легок, а структура материала и характеристики разнообразны, существуют и недостатки, такие как высокая цена оксида металла и загрязнение тяжелыми металлами.