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超容电极:“无源”电沉积制备Ni@NiO核壳结构的枝晶

电沉积是工业生产中制备表面镀层的常用方法,镀层中的金属通常来源于电解液中的金属离子。镍基材料由于其较高的理论容量,在超级电容器材料中具有广阔的应用前景。但是,常规的电沉积镍基材料很难直接在平整表面上获得具有大比表面积的三维结构,所制备的电极通常表现出较差的循环性能,难以应用于超级电容器中。


近日,香港理工大学应用物理学系黄海涛课题组,首次采用无前驱体金属离子的有机电解液,利用镍箔阳极氧化并溶解向电解液中缓释金属离子作为沉积所需金属源,通过电沉积法一步制备了具有枝晶状的核壳结构的Ni@NiO。该方法制备的枝晶状材料具有超级电容器电极材料所需的理想结构,即:大比表面积,其金属镍核提供了电子传输的快速通道并大大缩短离子在活性物质(NiO)中的扩散距离,从而表现出优异的电化学性能。在循环充放电70,000次后,比容量几乎没有衰减。当放电电流密度为3 A/g时,比容量达到了1930 F/g。在分析制备过程中的反应机理之后发现,离子在有机电解质的扩散速率,电沉积温度,沉积电势,以及水含量都将影响枝晶状核壳结构的形成。与传统的两电极“有源”电沉积相比,此法获得的材料性能远远优于前者。


进一步研究表明,这种“无源”电沉积方法制备的枝晶状镍基材料,也可以生长在其他基底上,包括不平整表面和半导体材料表面,并有望拓展到其它金属基的超级电容器电极材料的制备上。该研究成果发表于《Journal of Materials Chemistry A》,第一作者博士生刘艳


该研究工作得到了香港研究资助局的大力支持。


该论文作者为:Yan Liu, Nianqing Fu, Guoge Zhang, Wei Lu, Limin Zhou, Haitao Huang

http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2016/TA/C6TA05508G

Ni@NiO core/shell dendrites for ultra-long cycle life electrochemical energy storage

J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 15049-15056. DOI: 10.1039/C6TA05508G


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