无纺布肩部电极片(3D打印碳瓦片调控的互穿多级孔赝电容电极)

Posted 2023-05-28

篇首语：老骥伏枥，志在千里；烈士暮年，壮心不已。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了无纺布肩部电极片(3D打印碳瓦片调控的互穿多级孔赝电容电极)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

无纺布肩部电极片(3D打印碳瓦片调控的互穿多级孔赝电容电极)

EnSM：3D打印碳瓦片调控的互穿多级孔赝电容电极

赝电容对于超级电容器能量密度的提升具有很大的前景。获得高性能储能的关键在于构建具有很好相互连通的开孔结构赝电容电极。然而，如何实现赝电容电极结构的一致性规模化构筑以及高活性材料负载下的快速离子/电子传输，仍然具有较大的挑战。

近日，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所张永毅研究员、李清文研究员，河南理工大学杨政鹏教授提出以木棉衍生的薄壁、高微孔率、高比面积、丰富杂原子掺杂、适当弯曲的准二维碳瓦片（CT）作为独特的骨架支撑，通过墨水3D打印策略制备出了一种新型CT-单壁碳纳米管（SWNT）-NiCo2O4赝电容电极。

3D打印的电极结构中，CTs和SWNTs耦合形成了大量相互连接的多级孔和连续导电网络，实现了活性材料NiCo2O4的均匀和高质量负载，同时确保了畅通无阻的离子扩散通道和充足的电子传输路径。得益于电极结构的独特特点，组装的非对称超级电容器具有高比电容和能量密度以及突出的长期循环稳定性。值得注意的是，即使在电极厚度较高时，器件仍然能表现出优异的电化学储能性能。这项工作为构建具有高容量和高功率密度的赝电容电极结构提供了新策略。

图1 CT-SWNT-NiCo2O4赝电容电极的制备过程示意图

图2 CT-SWNT-CMC墨水的制备流程、流变特性和可打印性

图3 CT-SWNT-NiCo2O4赝电容电极的结构和成分分析

图4 不同NiCo2O4载量的电极电化学和形貌表征

图5 组装的非对称超级电容器的电化学性能

图6大厚度器件的电化学性能、稳定性及储能机理

相关成果以“3D printing of carbon tile-modulated well-interconnected hierarchically porous pseudocapacitive electrode”为题发表在国际期刊Energy Storage Materials上。该研究获得国家自然科学基金（51862035, 52062048）等项目的资助，谨此感谢。河南理工大学杨政鹏、杨新银和杨婷婷为论文共同一作，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所张永毅研究员和李清文研究员为论文通讯作者。

此外，团队以多孔木棉碳瓦片为电极组装单元，层层组装了致密且具有分级多孔结构的薄膜电极，并用于高倍率的锌离子电池和超级电容器；通过3D打印技术可控构筑了柔性碳基相变无纺布、核鞘结构赝电容电极和相变储能微格，验证了其在储能、多功能织物等领域的应用，相关工作发表在ESM、Small、CEJ、AMI、JPS等期刊上（Energy Storage Materials, 2022, 49, 102-110; Small 2021, 17, 2101093; Chemical Engineering Journal, 2022, 431, 133241; Chemical Engineering Journal, 2021, 423, 130304; ACS Applied Materials & Interfaces 2022, 14, 7283-7291; Journal of Power Sources, 2022, 525, 231148）。

【通讯作者简介】

张永毅研究员：1981年生人，男，博士，九三学社社员、中科院苏州纳米所研究员、博士生导师，中科院青促会会员。现任苏州纳米所轻量化实验室副主任、江西省纳米技术研究院纳米材料部主任、江西省烯碳材料重点实验室主任。2002年本科毕业于北京师范大学化学系，2008年北京大学物理化学专业博士，后在美国密歇根大学安娜堡分校、美国南达科他大学从事博士后研究，2011年加入中科院苏州纳米所。

近年来主要从事烯碳纤维的可控制备与创新应用、连续纤维增强复合材料3D打印技术、烯碳材料的高有序组装与特性等相关研究。近5年主持国家重大项目/课题2项、国家自然科学基金4项，其他各类项目10余项；出版专著1本，在ESM、AFM、NML、Small等期刊发表论文60余篇；申请专利70余项，授权20余项。荣获省部级一等奖（2项）、三等奖（1项）等荣誉。

李清文研究员：中科院苏州纳米所副所长、研究员、博士生导师，享受国务院政府特殊津贴。2000年获得清华大学化学系博士学位，2001-2007间分别在北京大学化学系、英国剑桥大学材料系和美国Los Alamos 国家实验室以博士后和助理研究员身份从事碳纳米管制备与应用研究。2007年底回国加入苏州纳米所。

目前主要从事半导体碳纳米管精准制备及碳基电子器件、纳米碳宏观组装体制备及加工、功能复合材料等方面研究。在Nature，Nat Mater，Nat Nanotech, Adv Mater,等期刊上发表学术论文300余篇，引用次数逾10000余次，获得授权发明专利50余项。担任国际著名期刊Mater Sci Eng R Rep、Carbon、Adv Electron Mater等杂志的编辑或编委。主持和参与科技部纳米专项及成果转化项目、国家自然基金委面上、中科院重点部署项目、江苏省成果转化重点项目等重大项目，以第一完成人荣获省部级一等奖1项、三等奖1项。