使用氧化石墨烯和碳纳米角的超级电容器电极

镍钴（Ni-Co）层状双氢氧化物（LDH）已被研究为一种有前途的超级电容器电极材料。最近发表在《International Journal of Energy Research》上的一项研究侧重于氧化石墨烯（GO）和单壁碳纳米角（SWCNHs）杂化物作为LDH涂层材料高效平台的创新使用。

研究：将Ni-Co层状双氢氧化物包覆在氧化石墨烯和单壁碳纳米角的微球纳米复合材料上作为超级电容器电极材料。 图片来源：Peter Sobolev/Shutterstock.com

新型Ni-Co LDH和GO/SWCNHs复合型超级电容器电极材料具有优异的电化学性能和易于生产性，是各种商业和工业应用的理想选择。

为什么超级电容器如此重要？

目前正在探索清洁和可再生能源技术，以应对全球能源消耗和可持续性挑战。因此，对超级电容器和再生电池等更高效储能系统的竞争急剧上升。

超级电容器因其高能量密度，快速充电/放电速率和扩展的循环稳定性而引起了科学界的极大兴趣。超级电容器被归类为双电层电容器（EDLC）或伪电容器，具体取决于其能量存储机制。

EDLC中的能量储存与非法拉第机制有关，该机制涉及超级电容器电极材料和电解质表面电活性物质的物理吸收和解离。另一方面，伪电容器中的能量存储主要依赖于超级电容器电极材料界面官能团之间的可逆法拉第相互作用。

超级电容器电极材料：概述与挑战

氧化石墨烯（GO）具有超级电容器电极材料应用的吸引力，例如许多反应基团和多模态离子传输途径。然而，氧化石墨烯基超级电容器电极材料也存在明显的缺点，如还原反应过程中石墨烯层的卸载、绝缘性能、堆积密度差等。

SWCNH由于其较大的比表面积（SSA），可调谐的多孔结构和优异的电导性，也被研究作为超级电容器电极材料。具有锥形管状结构的SWCNH形成坚固的球形聚集体，并具有与单壁碳纳米管（SWCNTs）相当的封闭式石墨单壁结构。

然而，与具有出色结晶性的单壁碳纳米管相反，SWCNHs含有各种结构缺陷，例如五边形和七边形，使得在氧化环境中SWCNH的界面上形成纳米级孔，限制了它们作为合适的超级电容器电极的可用性。

Ni-Co层状双氢氧化物作为超级电容器电极材料

由于电极 – 电解质接触处的双向法拉第过程，金属氧化物，金属氢氧化物和导电聚合物等电极物质被认为是伪电容储能技术的极理想竞争者。

具有可调节拓扑结构的镍钴（Ni-Co）层状双氢氧化物（LDH）是一种有吸引力的超级电容器电极材料，因为它具有廉价的成本，无毒，自然丰富和出色的电化学稳定性。

水热和电解沉积技术通常产生Ni-Co纳米结构。结构形貌显著影响了Ni-Co层状双氢氧化物电极的电解能力.因此，必须研究Ni-Co纳米结构和碳多孔物质（如氧化石墨烯（GO）和SWCNHs）的复合材料，以提高Ni-Co LDH基超级电容器电极材料的效率。

当前研究的亮点

在这项研究中，研究人员开发了一种两步法技术，用于生产由Ni-Co LDH、氧化石墨烯（GO）和氧化单壁碳纳米角（SWCNHs）组成的复合材料。初始阶段是喷雾干燥GO和SWCNH的组合，以产生球形混合颗粒，这是由于简单且具有成本效益的程序而成为大规模制造的理想选择。

在第二阶段，将极薄的镍钴（Ni-Co）LDH纳米片水热涂覆在氧化石墨烯微球和单壁碳纳米角上，以制造新型超级电容器电极材料。

评价了混合型超级电容器电极材料的赝电容活性比容量和循环效率。在研究过程中，还研究了活性炭基质组成对Ni-Co LDH形貌和电解效率的影响。

研究的重要发现

氧化石墨烯和SWCNHs基复合材料具有相对较高的SSA和电导率，在电解反应过程中，超级电容器电极材料与电解离子之间的相互作用具有显著的有效区域。

新型Ni-Co LDH和GO/SWCNHs复合型超级电容器电极材料在水电解质环境中表现出相当高的重量比容量和出色的比电容稳定性。这些杰出的发现可能归因于纳米混合GO / SWCHN和涂层Ni-Co LDH的高电导率和赝电容。

基于这些结果，可以合理地声明，在这项工作中开发的新型超级电容器电极材料对未来的储能应用具有巨大的潜力。

参考

Kim, J. H. et al. (2022). Ni-Co layered double hydroxide coated on microsphere nanocomposite of graphene oxide and single-walled carbon nanohorns as supercapacitor electrode material. International Journal of Energy Research. Available at: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/er.8657