清华深研院Advanced Materials:镍纳米阵列制备高性能赝电容型超级电容

现如今，人们对便携式消费电子设备的要求日益增高，超薄、柔性、高储能的储能器件倍受关注。与其他二次能源储存设备（如锂离子电池）相比，超级电容器因其快速充放电、使用寿命长的特点独树一帜。

如今商用的碳基微型超级电容器能量密度和功率密度低，应用范围受到严重限制。而赝电容材料以其赝电容的特性，能够达到普通碳活性物质能量密度的10～100倍，潜力巨大。但赝电容材料循环性能差，工作寿命低。鉴于以上两点，如何得到能量密度与使用寿命双优的超级电容器值得关注。

近日，清华大学深圳研究生院杨诚副教授课题组的硕士生徐超，在《Advanced Materials》（IF:17.493）上提出一种全新制备镍纳米阵列的方法，并装配出高性能超级电容器。

该方法在低温液相条件下，使用异于模板法的磁场诱导技术，首次合成出具有超长（最长1mm，直径120nm）、高度取向的镍纳米线阵列。其垂直的取向结构，有利于自由电子和离子的高效运输迁移；加之镍纳米线阵列遇水良好的浸润性（超亲水），使得其在提高活性物质载量的同时实现优异的电化学性能。以此为集流体，在其上负载金属氧化物MnO2以及导电高分子PPy，装配出拥有高能量密度和优异循环性能的可压缩赝电容型非对称超级电容器。

以泡沫镍（0.6m^2/g）为参照集流体对MnO2的电化学性能进行研究，结果显示，以镍纳米线阵列为集流体的电化学电极显示出更好的容量、倍率及循环性能。特别应该指出的是，负载有MnO2活性物质的镍纳米线阵列集流体可以将循环性能提升至20000次(剩余容量103.7%)，较之负载MnO2的泡沫镍集流体在相同条件下循环17000次后容量仅剩20%左右。器件方面，负极材料采用沉积有聚吡咯的镍纳米阵列集流体，该超级电容器显现出了优异的能量密度（最大值为48 Wh/kg，基于正极和负极活性物质质量）与循环性能（20000次循环后剩余容量为106%）。

这种高度竖直取向、力学强度优异、可压缩、超亲水的镍纳米线阵列集流体以其优异的性能为储能器件提供了一个出色的三维集流体结构。高效的三维电极结构可以沉积更多的活性物质、提供更有效的离子与电子传输通道；三维的分级结构也可以有效地释放在充放电循环时负载的活性物质所产生的应力，从而提高赝电容材料的循环性能。

与国际上同期的相关工作相比，该方法反应条件温和（液相），制备的镍纳米线阵列形貌高度可控、力学强度优异、开放比表面积高、遇水浸润性良好，有望应用在新型电化学储能、电催化、导电导热互连等领域。

文献链接：An Ultralong, Highly Oriented Nickel-Nanowire-Array Electrode Scaffold for High-Performance Compressible Pseudocapacitors

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