Nano Energy: 团队在柔性和高能量密度非对称超级电容器方面取得新进展

随着便携式电子设备需求的快速增长，柔性、轻质的超级电容器是一种新型的储能器件，以其高的能量密度和安全性收到广泛的关注。作为超级电容器的重要组成部分，电极材料决定着器件的整体性能。过渡金属氧化物、导电聚合物等赝电容材料资源丰富、绿色环保、电化学性能优越，其中二氧化锰电极材料由于导电性能低、使其在电化学反应中不能进行高效的自由电子和离子的输运。为了增加材料的导电性和活性面积，提高材料的稳定性，进行电极材料形的和结构的调控是至关重要的。

成果简介

最近，济南大学物理科学与技术学院何为东同学（徐锡金教授/翟天佑教授（通讯作者）在Nano Energy （影响因子11.553）发表题为“Flexible and High Energy Density Asymmetrical Supercapacitors based on Core/Shell Conducting Polymer Nanowires/ Manganese Dioxide Nanoflakes core/shell”的文章，报道了一种低温，简单，环保的方法合成PPy纳米线为导电骨架和极薄的MnO₂纳米片为壳的纳米结构。这种核壳结构高效的增加了MnO₂的活性面积和导电性，也提高了PPy的电化学稳定性，进而缩短了离子的传输距离。PPy@MnO₂核壳结构具有高的比电容(276 F g⁻¹ 在电流密度为2 A g⁻¹时)和极高电容保持率72.5%(200 F g⁻¹ 在电流密度为20 A g⁻¹). 并进一步以PPy@MnO₂核壳结构为超级电容器的正极材料，以超级电容活性炭(AC)为负极材料组装成超柔性非对称电容器。得到的超级电容器拥有杰出的稳定性(在3 A g−1时循环6000次保持初始电容值的90.3%)，机械柔韧性，宽的电压窗口(1.8-2.0 V)和高的能量密度(25.8 W h kg⁻¹ 在功率密度为901.7 W kg⁻¹)。这种策略采用简单的方法制备低成本的电极材料，将促进柔性储能装置的快速发展。

图文导读

图：非对称超级电容器的组装示意图、工作电压和柔韧性的测试

(a) 非对称超级电容器的组装示意图。

(b) 非对称柔性超级电容器的柔韧性数字图像。

(c)PPy@MnO₂核/壳纳米结构与AC电极在扫描速率为30 mV s⁻¹的CV曲线。

(d) PPy纳米线@MnO₂纳米片非对称柔性超级电容器在扫描速率为30 mV s⁻¹下的CV曲线。

总结

我们制备的PPy@MnO₂核壳结构，通过协调充分利用MnO₂在中性电解液中的高稳定性和聚合物PPy的优良导电性，构建了快速、丰富、高效的电子和离子输运路径，有效的解决了PPy的在中性电解液下的不稳定性。组装的柔性超级电容器拥有杰出的稳定性，机械柔韧性，宽的电压窗口和高的能量密度。更重要的是，该方法可以适用于大规模制备环境友好型的聚吡咯杂化复合材料，很容易推广到

制备其他的高性能储能纳米电极材料。

文章链接：http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285517301854

This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 11304120, 51672109, 21505050), National Basic Research Foundation of China (2015CB932600), Program for HUST Interdisciplinary Innovation Team (2015ZDTD038) and the Fundamental Research Funds for the Central University. Here authors also want to thank Analytical and Testing Center in Huazhong University of Science and Technology for the technical support.