技术详细介绍
电化学碱活化法制备多离子嵌入式超级电容器的方法
技术简介
为了使储能设备能够同时拥有高的功率密度和能量密度，以及良好的循环稳定性，科研人员提出超级电容器的概念。这主要集中在：一、电极材料在实际应用中很难同时满足高能量密度，快速充放电以及长的使用寿命的需求。尽管通过材料复合或微纳结构调控，人们在超级电容器材料研究领域取得了一定的进展，但寻求高效、低成本超级电容器电极材料仍然面临挑战；
二、以碱性电解质为主的超级电容器依然面临着储能电位窗口低的缺点，这些都制约着超级电容器的实用化进程。
为了解决这些问题，科研人员在原先超级电容器的基础上，提出了离子嵌入型超级电容器的概念。它不同于双电层电容器和赝电容电容器，主要依靠金属阳离子在电极材料表面或内部的快速嵌入/脱出来存储和释放电荷。在这一过程中，由于金属阳离子在嵌入/脱出时并没有与电极材料发生氧化还原反应，因此它相对于传统金属离子电池拥有更高的功率密度，即可实现更加快速的充放电。另外离子嵌入型超级电容器所用的电解质主要是中性金属盐电解质，因此它相对于传统的超级电容器拥有更高的储能电位窗口。目前对于离子嵌入型超级电容器电极材料的研究主要集中在金属碳化物(MCX)、金属硫化物(MSX)和金属氧化物(MOX)上，其中 MXene作为一种新型具有良好导电性的层状金属碳化物，吸引着科研人员的不断关注，已经成为引领离子嵌入型超级电容器电极材料发展的主力军。虽然科研人员在针对离子嵌入型超级电容器电极材料的研究上已经取得了很大的进步，但整体上还面临着诸多问题，比如：一、电极材料存储金属离子的能力低、导电性差、制备成本高等，这些都需要进一步发展适合阳离子快速嵌入/脱出的拥有更好性能的新型电极材料；二、大部分电极材料只针对 Li+具有较好的嵌入/脱出性能，而对于其它金属阳离子(Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Zn2+、Al3+)不具有存储性能或性能很差。但从地壳含量上来考虑，Li+在地壳中的含量相对与其它金属阳离子最低，因此开发适合其它金属阳离子嵌入/脱出的电极材料迫在眉睫。
本技术的优点在于：通过一种简单快速的电化学碱活化法对含钴或镍的氢氧化物进行活化或去活化处理，实现了该类氢氧化物电极材料对多种金属阳离子存储能力的智能调控，可以有效应用于离子嵌入式超级电容器；提供了一种全新的能够大幅度提高离子嵌入式超级电容器电极材料储能性能的较为普适的方法；进一步拓宽了过渡金属氢氧化物类电极材料在能量存储领域的应用范围。