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稳定且宽电位窗口的超级电容器电极—多孔聚合物纳米涂层涂覆的镍纳米管阵列
经济社会对清洁可再生能源日益增长的需求促进了能量存储与转换技术的发展，超级电容器具备快速充/放电能力、循环寿命长及成本低等优点，受到人们广泛的关注。但是，超级电容器的发展和实际应用却往往受限于它的低能量密度。近年来，非对称超级电容器已被证明能够极大地提升储能器件的能量密度。然而，负极通常采用的碳材料比电容多数低于正极材料，导致总比电容依然较低；作为替代使用的赝电容负极材料却存在循环稳定性较差等问题，在实际应用中仍然存在巨大的障碍和挑战。
图1. 多孔聚吡咯涂覆的镍纳米管阵列电极（NiNTAs@PPy）制备机理图
聚吡咯（Polypyrrole, PPy）电容高、导电性好、电位窗口宽，可以作为超级电容器的理想电极材料。但是PPy作为负极时，电位窗口却会很小，且循环稳定性较差。为解决这个问题，广州大学刘兆清副研究员（通讯作者，点击查看介绍）和阿德莱德大学Tian-Yi Ma（通讯作者）带领研究团队设计了一种自下而上的合成方法，通过可控电聚合法在镍纳米管阵列上涂覆纳米多孔的高氯酸根掺杂的聚吡咯，从而制造出高性能的NiNTAs@PPy电极。它的优异性能归因于其特制结构和化学组成：高导电的镍纳米管阵列可提供高速电子传输通道，有利于电解液离子短暂储存和缩短离子扩散途径；多孔的聚合物离子通道和高氯酸根主导的离子交换中心（[PPy-ClO4-+ Li+]polymer ↔ [PPy+-ClO4-]polymer+ Li+solution + e-）促使电极在负电位窗口尽显可逆赝电容；丰富的微/纳米孔道可适应和协调聚合物在电化学反应过程中所产生的体积变化，确保电极性能稳定。电化学测试结果显示，这种独特的电极结构能极大提高材料的电容性能和循环稳定性，同时能提供稳定的宽电位窗口。
该研究成果近期已在《Advanced Materials》杂志上报道，这项工作有望引发研究者对新型聚合物电极的探索兴趣，广泛用于建立各种实用的储能装置。
上述研究工作得到了国家自然科学基金、澳大利亚研究委员会DECRA和Linkage、广东省科技计划等项目的大力资助。
该论文作者为：Gao-Feng Chen, Xian-Xia Li, Li-Yi Zhang, Nan Li, Tian Yi Ma, Zhao-Qing Liu
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201601781/full
A Porous Perchlorate-Doped Polypyrrole Nanocoating on Nickel Nanotube Arrays for Stable Wide-Potential-Window Supercapacitors
Adv. Mater., 2016, 28, 7680-7687, DOI: 10.1002/adma.201601781