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司鹏超副教授课题组在J. Mater. Chem. A发表超级电容器研究最新进展
发布日期:2019-07-29 作者:张纪芝 浏览次数:

 

近日,材料学院司鹏超副教授课题组在高性能超级电容器正极材料研究方面取得重要进展,相关研究成果以”Self-supported multidimensional Ni–Fe phosphide networks with holey nanosheets for high-performance all-solid-state supercapacitors”为题发表在能源材料类刊物 Journal of Materials Chemistry A (IF = 10.733)上。文章第一作者为山东大学材料学院博士生李硕,材料学院司鹏超副教授为通讯作者,山东大学为第一作者单位。

近年来,为了满足高速发展的社会对于能源日益增长的需求,能源存储器件的研发开始吸引了越来越多的关注。超级电容器因为其高功率密度,超长循环稳定性,快速充放电特性和高安全性,在众多能源器件中脱颖而出。但较低的能量密度限制了其更广泛的应用。过渡金属磷化物材料在充放电过程中通过氧化还原反应存储电荷,具有高比电容和高导电性,已逐步成为一个新兴研究热点。因此,构建稳定且多孔结构的磷化物是一种提高超级电容器能量密度的有效策略。

在司鹏超副教授的指导下,李硕等人以泡沫镍为基底,通过原位生长和磷化处理,得到了具有多孔片层结构的三维自支撑Ni-Fe磷化物的电极材料。该材料可直接作为超级电容器正极使用,与还原氧化石墨烯负极组装成全固态混合超级电容器器件后,表现出优异的电荷存储性能:能量密度达50.2 Wh/kg,在10000次充放电后容量可保持91.5%。此外,研究人员还基于密度泛函理论(DFT)对Fe元素的掺入对于电极性能的影响进行了理论分析。该工作为今后能源存储器件电极材料的制备提供了一种新设计思路,具有较大的参考价值和指导意义。

此外,在司鹏超副教授的指导下,基于原位生长的方法,李硕等人还探索了FeCo2S4@Ni(OH)2复合材料的制备,合成了一种层叠层生长的双片层结构正极材料,在超级电容器中表现出优异的电化学性能,相关工作已发表于Journal of Materials Chemistry A

2018年以来,司鹏超副教授带领的课题组围绕超级电容器和混合电容器开展的工作已在能源材料类权威刊物Journal of Materials Chemistry A(发表4篇)、Journal of Power SourcesIF = 7.467,发表2篇),山东大学为第一作者单位。同时申请国家发明专利2项。

司鹏超副教授带领的课题组是慈立杰教授组建的山东大学-莱斯大学碳纳米材料研究中心的骨干团队之一。近年来,该课题组积极与丹麦技术大学、美国莱斯大学等国际知名大学合作,并依托山东大学材料液固结构演变与加工教育部重点实验室,在过渡金属硫化物/磷化物及其在储能应用、多孔金属材料及化学传感器应用、碳纳米材料及其储能应用等领域开展了研究,并取得了一系列研究进展。先后在Advanced Energy MaterialsEnergy Storage MaterialsJournal Materials Chemistry ANanoscaleACS Sustainable Chemistry and EngineeringJournal of Power SourcesElectrochimica ActaApplied Surface Science等国际知名期刊上发表多篇论文,受到国内外同行的广泛关注。上述研究得到了山大国际事务部、科学技术研究院和科技创新军民融合研究院的大力支持,该系列工作也获得了山东省重点研发计划以及山东大学自主创新项目的支持。

文章链接:

https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2019/ta/c9ta04832d

https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2019/ta/c9ta03575c

https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2018/ta/c8ta08212j

https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2018/ta/c8ta07598k

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775318313776

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S037877531830452X




              1. 磷化过程中Ni-Fe前驱体片层的形貌转化过程示意图。


2. (a)全固态超级电容器器件组装示意图;(b) 器件在不同扫速下的CV曲线;(c) 器件在不同电流密度下的充放电曲线;(d) 器件在不同电流密度下的比容量;(e)器件在8A/g电流密度下的循环测试(插图:前、后十圈的充放电曲线)。