中国民航飞行大学、四川大学高分子研究所–在氮掺杂碳泡沫上包覆NiO纳米阵列的石墨烯可调表面赝电容辅助快速柔性锂存储

结合了电池式高容量和电容器式高倍率性能的先进材料为实现高能量和高功率密度的锂离子电池提供了希望。然而，由于表面或近表面快速法拉第表面氧化还原反应高度依赖于特定的结构设计，高容量NiO阳极的电容行为很少被报道。在此基础上，制备了锚定在三维多孔氮掺杂碳泡沫上包覆NiO纳米片阵列的石墨烯柔性电极(rGO@NiO-NCF)。rGO@NiO-NCF复合材料具有独特的三明治结构，内导电支架为3D多孔NCF，中间层为超薄NiO纳米片阵列，外导电缓冲层为rGO。复杂的结构设计使rGO@NiO-NCF的电导率提高，电解液渗透充分，体积变化受限。因此，rGO@NiO-NCF电极提供较高的可逆容量(在0.1 A g^–1时为1583 mAh g^–1)和优越的循环稳定性(在1 A g^–1时500次循环后保持607 mAh g^–1)。此外，增强的表面电容促进了快速充电和慢放电性能。这些结果表明，合理的材料设计促进了赝电容效应，使NiO电池有更实际的应用。

图1. NCF、NiO-NCF和rGO@NiO-NCF的合成工艺示意图。

图2. NCF、NiO-NCF和rGO@NiO-NCF的(a)XRD图谱，(b)Raman光谱，(c)XPS测量谱图，rGO@NiO-NCF的(d)Ni 2p和(e) N 1 s XPS谱图，Ni-NCF和rGO@NiO-NCF的(f)TG曲线。

图3. (a-c) NCF、(d-f) NiO-NCF和(g-i) rGO@NiO-NCF的SEM照片。

图4. (a)氮吸附等值线和(b) NCF、NiO-NCF和rGO@NiO-NCF的QSDFT孔径分布。

图5. rGO@NiO-NCF的(a)CV曲线和(b)恒流充放电曲线，(c)在不同电流密度时NiO-NCF和rGO@NiO-NCF的倍率性能。(d)rGO@NiO-NCF在不同电流密度时的快速充电和慢放电性能，(e)rGO@NiO -NCF在1A g^–1的电流密度时的长期循环性能。

图6. NiO-NCF和rGO@NiO-NCF 的(a)Nyquist图和(b)σ计算图表, (c)不同扫描速度时的CV曲线,(d) 阴极和阳极扫描的b-值计算图,(e) 0.6 mV s^–1时的赝电容贡献和(f) rGO@NiO-NCF在不同扫描速度时的赝电容贡献率。

相关研究成果由中国民航飞行大学民用航空安全工程学院，民机火灾科学与安全工程四川省重点实验室、四川大学高分子研究所，高分子材料工程国家重点实验室Ju Fu等人于2022年发表在Electrochimica Acta (https://doi.org/10.1016/j.electacta.2022.139875)上。原文：Tunable surface pseudocapacitance assisted fast and flexible lithium storage of graphene wrapped NiO nano-arrays on nitrogen-doped carbon foams。