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深圳大学高等研究院是深圳大学于2014年成立的一个包含本科与研究生培养、侧重跨学科教学与学术研究的校内综合办学单位。作为深圳大学内部探索全面改革创新的学术特区,高等研究院与香港和海外著名高校合作,借鉴国内外研究型大学通行的管理模式,引进具有一流视野的资深教授和发展潜力的青年教师,营造与国际接轨的学术氛围和培养环境,开展卓越的教学、研究和管理工作。

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高等研究院蔡兴科课题组在电催化领域取得研究进展

发布时间:2022-11-07 | 浏览次数:

2022年10月26日,深圳大学高等研究院蔡兴科研究员课题组在期刊《Energy & Environmental Materials》(影响因子:13.443,中科院一区TOP)上发表了一篇题为“Room Temperature Synthesis of Vertically Aligned Amorphous Ultrathin NiCo-LDH Nanosheets Bifunctional Flexible Supercapacitor Electrodes”的研究论文。该成果第一作者是深圳大学高等研究院Kwadwo Asare Owusu博士,蔡兴科研究员是该论文唯一通讯作者,深圳大学为第一完成单位。


图1. 垂直排列的非晶超薄NiCo-LDH纳米片作为高电压和高能量密度水性超级电容器的双功能电极示意图


对于自动驾驶和无人驾驶飞行器、5G和物联网“智能”设备等下一代突破性技术来说,高效的储能设备是不可或缺的。 目前,锂离子电池(LIBs)由于其显著的能量密度,主导了能源市场。尽管如此,围绕锂资源储量有限和锂电池安全问题的严峻挑战,需进一步探索其他低成本和更环保的储能设备。 最近,一种具有巨大前景的快速充电、持久存储的特殊设备是超级电容(SC)引起了广泛关注。 然而,与LIBs相比,它的能源密度较低,限制了其广泛利用。


多年来,人们设计了几种策略来提高电化学电容器(ECs)的能量密度,特别是设计非对称电容。非对称SC(ASC)通过匹配具有不同稳定电位的不同假电容阴极(如NaxMnO2)和负极材料(如FeOOH),获得了超过1.23V的电池电压,从而获得了更高的能量密度。尽管进行了广泛的研究,但为了进一步推进ASC的研究,仍需要注重功能性和易于合成的创新电极设计。


开发在不同正、负电压窗口下具有良好稳定性的独立双功能SC电极,不仅可以简化SC器件的结构,而且由于宽电压,可以提高器件的能量/功率密度。过渡金属基层状双氢氧化物(LDHs)由于其完全暴露的活性位点和较高的电化学活性,具有作为SC电极的高容量,有很高的应用价值。


在这项工作中,我们开发了一种方法,将Co基MOF前驱体转化为非晶结构的LDH,在活性炭布(ACC)衬底上具有垂直排列的超薄薄片形貌。这种转化是基于乙二醇/水混合溶液中MOFs与金属离子之间的离子交换机制。该方法也适用于制备各种含钴非晶LDH纳米片。将非晶NiCo-LDH垂直排列在ACC上的纳米片(NiCo-LDH/ACC)作为以KOH为电解液的阴极和阳极双功能电极。它提供了高体积和面积能量密度(5.61 mWh cm-3和0.352 mWh cm-2),高体积和面积功率密度(559.5 mW cm-3和34.68 mW cm-2),以及出色的循环性能(稳定性高达15000次循环,容量变化可忽略不计)。这使其成为基于LDH的SC电极的最佳值之一。


此项研究得到了国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金的资助。

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/eem2.12545