超亲水氢氧化镍超薄纳米片大大提高非对称超级电容器性能

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近日，谷建民教授课题组是国际知名期刊《Rare Metals》上面发表了一篇题为“Superhydrophilic nickel hydroxide ultrathin nanosheets enable high-performance asymmetric supercapacitors”研究报告。该报告指出，超亲水氢氧化镍超薄纳米片大大提高了非对称超级电容器的性能。

非对称超级电容器作为新一代的关键能量存储设备，集成了电池的高能量密度和传统电容器的高功率输出特性，在保持高功率输出的同时提高了能量密度。过渡金属氧化物和氢氧化物作为一种电极材料，因其优异的理论比电容器、灵活的改性和优异的化学和热稳定性而备受关注，被证明可以提供显著的比电容器性能。然而，超级电容器的能量存储机制仍然局限于电极表面反应，过渡金属氧化物和氢氧化物低表面自由能引起的自然疏水已成为限制这些材料实现其理论电容的主要瓶颈，这是金属氧化物和氢氧化物基超级电容器面临的主要挑战。

在这项研究中，谷建民教授的研究小组成功地使用了16纳米厚的氢氧化镍厚纳米片，采用了柠檬酸辅助策略（HNHTNs）转化为超亲水氢氧化镍超薄纳米片，只有6.8纳米厚（SNHUNs）。这一变化不仅使水接触角达到0°，表明其超亲水性，材料表面可自由从8.6自由 mN/m增加到惊人的65.8 mN/m。

这种表面性质的巨大变化直接导致性能的显著提高——SNHUNS比电容器提高到HNHTNS的近两倍，即在2Ag-1的电流密度下，从1230开始 F/g-1飙升至2350 F/g-1.即使在高达20Ag-1的电流密度下，比电容器仍然是833 F/g-1增加至1670 F/g-1。此外，功率密度为160 W/kg-1时，由SNHUNS和活性炭组装的不对称电容器可达52.44 Wh/kg-1.能量密度，5000次充放电循环后，高比电容器可保持约90%的性能(9500次循环后仍可保持80%)。

由于超亲水表面引入的液体亲和力，高电化学性能的飞跃提高降低了电极与电解质之间的界面电阻，优化了电子传输路径。长安储能研究所认为，这种柠檬酸诱导的创新方法不仅显示了调节电极表面湿度以提高性能的巨大潜力，而且为开发新型高性能超级电容器材料开辟了新的途径。

随着储能技术的不断进步，长安储能研究所预测，超级电容器预计将经历技术创新，特别是在快速充放电和高功率输出领域。长安储能研究所将继续扩大研发实力，跟上储能技术的最新趋势，致力于推动传统能源向清洁能源的转型升级。

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