对于实现高功率的良好能量密度而言,高工作电压和比电容对于柔性固态对称超级电容器(FSSC)器件来说至关重要。在本文中,我们报导了基于NiFe2O4纳米立方体固定在还原氧化石墨烯(rGO)冷冻凝胶电极上的1.8 V FSSC。通过三维交联网络结构的表面保护,从Ni3[Fe(CN)6]2转化为NiFe2O4抑制了原始的纳米立方体结构。受益于NiFe2O4纳米立方体和石墨烯纳米片之间的协同效应,新合成的NiFe2O4@rGO杂化电极提供高电荷存储容量(在1 A/g的恒定电流密度下达到488 F/g),优异的倍率能力和循环性能(10,000次循环后保持初始电容值的89.8%)。此外,NiFe2O4@rGO FSSC已经组装并在弯曲状态下表现出稳定的行为,以及62.5 Wh/kg的高能量密度和长循环寿命(6000次循环后保持初始电容值的93.2%)。本文所提出的控制NiFe2O4@rGO纳米结构的设计和合成策略,为在先进能量存储装置中开发高性能电极提供了希望。
Figure 1. (a)NiFe2O4@rGO复合物的XRD图谱;(b)NiFe2O4@rGO的XPS总谱图;(c)Ni 2p和(d)Fe 2p区域内的XPS光谱图;(e)NiFe2O4@rGO和rGO的拉曼光谱图;(f)N2吸附/解吸等温线;(g)NiFe2O4、NiFe2O4@rGO和rGO的孔径分布。
Figure 2. (a,b)NiFe2O4纳米立方体的SEM图像;NiFe2O4@rGO的(c,d)TEM和(e)HRTEM图,c的插图是NiFe2O4@rGO的粒度分布。
Figure 3. 在三电极系统中NiFe2O4、rGO和NiFe2O4@rGO的电化学性能:(a)CV曲线;(b)GCD曲线;(c)作为电流密度函数的比电容;(d)奈奎斯特图;(e)10,000次循环的循环稳定性;(f)以20 mV/s的恒定扫描速率分离NiFe2O4@rGO中的电容和扩散电流;(g)电容和扩散控制电荷对扫描速率的贡献率。
Figure 4. NiFe2O4@rGO FSSC的电化学性能:(a)不同电位窗口的CV曲线;(b)不同扫描速率的CV曲线;(c)各种电流密度下的GCD曲线;(d)比电容作为电流密度的函数;(e)NiFe2O4@rGO FSSC的Ragone图,并与之前的文献进行比较;(f)机械弯曲对CV曲线的影响;(g)循环稳定6000个循环,插图:完成6000次循环之前和之后的GCD曲线;(h)由单个NiFe2O4@rGO FSSC供电红色LED的数字照片。
相关研究成果于2019年由哈尔滨工程大学Kui Cheng课题组,发表在Chemical Engineering Journal(2019, 360, 171–179)上。原文:NiFe2O4 nanocubes anchored on reduced graphene oxide cryogel to achieve a 1.8 V flexible solid-state symmetric supercapacitor。
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