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基于碳布上直接生长Nb2O5纳米管的高性能钠离子电容器

Peer-Reviewed Publication

Science China Press

Nb2O5-Based Products

image: The growth of Nb2O5-based products on carbon cloth under different pH values. view more 

Credit: ©Science China Press

钠离子混合电容器是连接超级电容器和电池的桥梁,在大规模储能领域具有广阔应用前景。然而,设计能够与正极材料相匹配,并且兼具快速动力学行为和长循环寿命的负极材料仍然是该领域目前所面临的重要挑战之一。

最近,北京科技大学陈娣教授和中国科学院半导体研究所沈国震研究员课题组通过简单的水热工艺将Nb2O5纳米管直接生长在碳布(CC) 上。众所周知,Nb2O5具有较好的化学稳定性和较大的晶面间距,但是这种材料的导电性较差,严重制约了其在相关领域的应用。为解决这一问题,上述课题组联合攻关,利用吡啶和酸性溶液的协同效应在碳布上直接生长了不同形貌的Nb2O5纳米材料并对其进行了系统研究。

实验结果表明,与Nb2O5纳米线/纳米管同质结相比,Nb2O5纳米管具有更大的比表面积和孔体积,这意味着电极材料和电解液之间有更大的接触面积,有利于电化学反应的进行。所合成的Nb2O5@CC纳米管电极不仅具有良好的导电性,而且可以减小钠离子嵌入/脱出引起的体积膨胀,这些优势都有助于其在钠离子电容器中展示出良好的电化学性能。所制备的Nb2O5@CC纳米管在1 A g−1的电流密度下循环1500次后,表现出175 mA h g−1的高可逆容量及97%的库伦效率。以Nb2O5@CC为负极、活性炭为正极制备的钠离子混合电容器的能量密度和功率密度可达到195 W h kg−1和7328 W kg−1。即使在5000次循环后仍然具有80%的电容保持率。另外,组装的柔性软包钠离子混合电容器可以在不同弯曲角度下正常工作,这说明Nb2O5@CC纳米管在未来有望成为一种柔性可穿戴能源存储器的理想电极材料。

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该工作发表在Science China Materials上:

Nb2O5 nanotubes on carbon cloth for high performance sodium-ion capacitors SCIENCE CHINA Materials; doi: 10.1007/s40843-020-1278-9 http://engine.scichina.com/publisher/scp/journal/SCMs/doi/10.1007/s40843-020-1278-9?slug=fulltext


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