浙江師大胡勇團隊在超級電容器領域取得系列重要階段進展

2020-10-11 小材科研

近日，浙師大省萬人計劃科技創新領軍人才、省突出貢獻中青年專家胡勇教授團隊在超級電容器領域取得了重要階段進展，分別在國際權威期刊Journal of Materials Chemistry A、Journal of Energy Chemistry和Science China Materials發表了相關的研究論文。浙師大為唯一通訊作者單位。

超級電容器具有功率密度高、充放電速率快、循環壽命長、安全性高等特點，在移動電子和再生制動系統的應用中極具發展前景。然而，與鋰離子電池相比，超級電容器較低的能量密度極大地限制了其未來的廣泛應用。為了在不犧牲功率密度的前提下，進一步提高超級電容器的能量密度，構建混合超級電容器是一個不錯的選擇。電池型電極作為混合超級電容器的核心組分決定了整個器件的儲能性能。因此開發高性能混合型超級電容器的關鍵是設計和研發新型高效的電極材料。

設計具有複雜多殼結構的分層空心異質結構的電極材料能夠有效縮短離子傳輸途徑，提高電子/離子電導率，提供大的比表面積以及豐富的氧化還原活性位點，從而有望獲得優異的儲能性能。胡勇課題組成員通過設計一個簡單的多步驟策略製備了基於泡沫銅基底生長的Cu2S@NiCo-LDH分層雙殼納米管陣列電極。得益於獨特的分層中空納米陣列的結構優勢和不同活性組分的精密組裝，Cu2S@NiCo-LDH分層雙殼納米管陣列表現出優異的電化學性能，並在實際應用中展現出巨大的潛力。相關成果以「Hierarchical Cu2S@NiCo-LDH double-shelled nanotube arrays with enhanced electrochemical performance for hybrid supercapacitors」為題發表在J. Mater. Chem. A（中科院一區，IF=11.301）。研究生原澤和講師王海燕為共同第一作者，胡勇教授和鍾依均教授為共同通訊作者。


此外，過渡金屬氧化態調控工程是一種很有前景的改善電極材料氧化還原活性，增加活性位點的策略。胡勇課題組成員提出了一種簡單的三乙醇胺輔助自模板策略製備了由交錯CoxSy納米片組裝而成的獨特的三維蜂窩狀網絡結構。該CoxSy納米片中高含量的Co3+提供了更多的電化學活性位點；分層孔隙結構縮短了離子擴散路徑，加快了反應動力學，從而提高了電化學性能，為未來的儲能應用提供了良好的前景。相關成果以「Modulating the high-valence Co3+ in CoxSy nanosheet arrays for high-performance solid-state asymmetric supercapacitors」為題發表在Sci. China Mater.（中科院一區，IF=6.068）。講師王海燕和研究生李擎浩、楊瑛為共同第一作者，胡勇教授為通訊作者。

除了電極材料，電解液作為超級電容器的重要組成部分，對超級電容器的性能也具有極大的影響。胡勇課題組總結了當前應用於超級電容器電解液的最新類型，包括水和有機、水和凝膠聚合物、離子液體和有機、離子液體和凝膠聚合物混合電解液。並重點綜述了不同的混合電解液系統對超級電容器性能的影響和潛在機制，討論了其研究前景和可能的發展方向。相關成果以「New types of hybrid electrolytes for supercapacitors」為題發表在Journal of Energy Chemistry（中科院一區，IF=7.216）。博士生葉武全和講師王海燕為共同第一作者，胡勇教授為通訊作者。

近年來，該課題組在高性能超級電容器的設計與製備方向上取得一系列進展，相關成果分別發表在Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58, 15441，J. Mater. Chem. A 2019, 7, 5333和Chem. Eng. J. 2020, 380, 122544等材料、化學領域國際著名期刊上。以上工作得到了國家自然科學基金委和浙江省自然科學基金委等的資助。

團隊成員王海燕講師，博士畢業於浙江大學化學系，2019年加入浙江師範大學生化學院胡勇教授課題組。主要從事納米材料的合成以及超級電容器、鋅空電池和電解水應用研究。在J. Am. Chem. Soc.，Research，Energy Storage Mater.，ACS Catal. J. Mater. Chem. A等國際期刊發表論文30餘篇，其中以第一作者或通訊作者身份發表論文15篇，授權發明專利6項。自2019年加入生化學院以來，以第一作者或通訊作者已發表高水平SCI論文5篇，並主持金華市重點項目1項。

來源：浙江師範大學

成果連結:

https://doi.org/10.1039/D0TA08006C

https://doi.org/10.1016/j.jechem.2020.09.016

https://doi.org/10.1007/s40843-020-1476-2

https://doi.org/10.1002/anie.201907516

https://doi.org/10.1039/c8ta10998b

https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.122544

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