[00013255]電化學堿活化法制備多離子嵌入式超級電容器的方法

　　電化學堿活化法制備多離子嵌入式超級電容器的方法

　　技術簡介

　　為了使儲能設備能夠同時擁有高的功率密度和能量密度，以及良好的循環穩定性，科研人員提出超級電容器的概念。這主要集中在：一、電極材料在實際應用中很難同時滿足高能量密度，快速充放電以及長的使用壽命的需求。盡管通過材料復合或微納結構調控，人們在超級電容器材料研究領域取得了一定的進展，但尋求高效、低成本超級電容器電極材料仍然面臨挑戰；

　　二、以堿性電解質為主的超級電容器依然面臨著儲能電位窗口低的缺點，這些都制約著超級電容器的實用化進程。

　　為了解決這些問題，科研人員在原先超級電容器的基礎上，提出了離子嵌入型超級電容器的概念。它不同于雙電層電容器和贗電容電容器，主要依靠金屬陽離子在電極材料表面或內部的快速嵌入/脫出來存儲和釋放電荷。在這一過程中，由于金屬陽離子在嵌入/脫出時并沒有與電極材料發生氧化還原反應，因此它相對于傳統金屬離子電池擁有更高的功率密度，即可實現更加快速的充放電。另外離子嵌入型超級電容器所用的電解質主要是中性金屬鹽電解質，因此它相對于傳統的超級電容器擁有更高的儲能電位窗口。目前對于離子嵌入型超級電容器電極材料的研究主要集中在金屬碳化物(MCX)、金屬硫化物(MSX)和金屬氧化物(MOX)上，其中 MXene作為一種新型具有良好導電性的層狀金屬碳化物，吸引著科研人員的不斷關注，已經成為引領離子嵌入型超級電容器電極材料發展的主力軍。雖然科研人員在針對離子嵌入型超級電容器電極材料的研究上已經取得了很大的進步，但整體上還面臨著諸多問題，比如：一、電極材料存儲金屬離子的能力低、導電性差、制備成本高等，這些都需要進一步發展適合陽離子快速嵌入/脫出的擁有更好性能的新型電極材料；二、大部分電極材料只針對 Li+具有較好的嵌入/脫出性能，而對于其它金屬陽離子(Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Zn2+、Al3+)不具有存儲性能或性能很差。但從地殼含量上來考慮，Li+在地殼中的含量相對與其它金屬陽離子最低，因此開發適合其它金屬陽離子嵌入/脫出的電極材料迫在眉睫。

　　本技術的優點在于：通過一種簡單快速的電化學堿活化法對含鈷或鎳的氫氧化物進行活化或去活化處理，實現了該類氫氧化物電極材料對多種金屬陽離子存儲能力的智能調控，可以有效應用于離子嵌入式超級電容器；提供了一種全新的能夠大幅度提高離子嵌入式超級電容器電極材料儲能性能的較為普適的方法；進一步拓寬了過渡金屬氫氧化物類電極材料在能量存儲領域的應用范圍。