燕山大学王林课题组–Ni-Co层状双氢氧化物/磺化石墨烯纳米片复合材料的异质组装作为混合超级电容器的电池型材料

通过采用Ni-Co层状双氢氧化物 (LDH) 和磺化石墨烯纳米片 (SGN) 的异质组装策略,获得了具有静电相互作用的混合复合材料。根据带负电荷的SGN取代带正电荷的LDH主体板的层间硝酸根阴离子,可以增加混合复合材料表面上Ni3+的丰度,以加强混合复合材料内的静电相互作用。正如预期的那样,LDH与SGN的有效耦合确保了异构组件的均匀结合。混合复合材料的独特结构加速了电化学反应过程中的电子转移和离子扩散过程,有利于提高电池型电极的电化学性能。

石墨烯基混合复合材料作为正极引起了混合超级电容器领域的极大兴趣。然而,混合复合材料的电荷存储能力在一定程度上受到其末端成员之间缺乏相互作用的影响。在此,通过采用Ni-Co层状双氢氧化物 (LDH) 和磺化石墨烯纳米片 (SGN) 的异质组装策略,获得了具有静电相互作用的混合复合材料。根据带负电荷的SGN取代带正电荷的LDH主体板的层间硝酸根阴离子,可以增加混合复合材料表面上Ni3+的丰度,以加强混合复合材料内的静电相互作用。正如预期的那样,LDH与SGN的有效耦合确保了异构组件的均匀结合。混合复合材料的独特结构加速了电化学反应过程中的电子转移和离子扩散过程,有利于提高电池型电极的电化学性能。进一步评估表明,LDH/SGN混合复合材料在1 A/g时的比容量为 1177 C/g (2354 F/g)。此外,LDH/SGN//AC混合超级电容器在800 W/kg下实现了43 Wh/kg的能量密度,在10 000次循环后仍保持其初始比电容的94%。混合复合材料内的静电相互作用对电化学性能的促进作用为超级电容器的开发提供了一条新途径。

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Figure 1. LDH/SGN异构组装策略示意图。

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Figure 2. 所制备样品的结构表征。

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Figure 3. LDH/SGN 的形态特征。

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Figure 4. 电极材料的电化学表征。

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Figure 5. 电极材料的 GCD 测量。

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Figure 6. LDH/SGN//AC混合超级电容器的电化学性能。

相关研究成果于2021年由燕山大学Lin Wang课题组,发表在Nanoscale Adv(DOI: 10.1039/d1na00001b)上。原文:Heterogeneous assembly of Ni–Co layered double hydroxide/sulfonated graphene nanosheet composites as battery-type materials for hybrid supercapacitors。

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王琳

博士、教授、博士生导师。2020年入选河北省“三三三”人才工程、2016年入选燕山大学“新锐工程”人选。主讲“编译原理”、“操作系统A”等专业核心课程。2019年获燕山大学教学成果奖一等奖1项,2020年获河北省教学成果三等奖1项。曾在清华信息科学与技术国家实验室物联网技术中心、美国伊利诺伊理工学院做访问学者4年,参与国际知名物联网系统GreenOrbs、Citysee研发和维护。近5年,主持国家自然科学基金项目2项,省部级项目4项,河北省留学人员资助项目结题结论为优秀。以第一完成人获河北省科技进步三等奖1项,授权国家发明专利2项,申请7项。在IEEE TMC(CCF A类)、IEEE RTSS(CCF A类)、TIE(SCI一区,TOP期刊)、IOTJ(SCI一区,TOP期刊)、IEEE ICNP(CCF B类)等一流期刊和会议发表SCI、EI收录论文20余篇。担任UIC 2019(CCF C类)  TCP Member,CPSCOM 2020 Special Session Chair、BROADNETS 2020 TPC Member;IEEE IOT J、IEEE TVT、Wireless Networks、JCST、自动化学报、通信学报、电子与信息学报等国内外知名期刊活跃审稿人。担任国际计算机学会ACM秦皇岛分会副主席兼秘书长,河北省计算机学会理事。CCF、IEEE和ACM会员。目前主要研究方向为:智能物联网、移动计算、可穿戴计算、无线网络及安全,同时对低功耗网络、边缘计算、深度学习、信号处理等方向有浓厚兴趣。欢迎具有自驱和创新能力的计算机科学与技术、网路空间安全、人工智能、电子信息等专业背景的同学加入智能网络感知与安全课题组(INSC)!

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