实验室在过渡金属磷化物制备及其储能应用方面取得进展
材料科学与工程2022级研究生赵泽羽
不断升级的能源危机和对电子设备激增的需求凸显了对新的电极材料和技术以及提供高效的能源存储解决方案的需求，目前，超级电容器（SCs）由于其功率密度高、寿命长、充放电率快等优点，具有很高的吸引力。过渡金属磷化物（TMPs）具有较高的热稳定性和化学稳定性，因为它们具有较强的M-P键，同时具有共价键和离子键，这与过渡金属和磷的电负性相似。此外，TMPs还具有优良的电子/离子转移动力学，具有可变的价态和类金属特性，这对于高速率和大功率密度的SCs至关重要。虽然钴磷化物已被证明具有优异的循环稳定性，但其储能能力较低。相比之下，镍磷化物虽然表现出较高的比容量，但循环寿命较差。因此，单金属磷化物的电化学性能仍有改进的空间。
近日，我校江苏省高效储能技术与装备工程实验室硕士研究生赵泽羽同隋艳伟教授与尹青副教授在过渡金属磷化物超级电容器应用领域取得重要进展。在镍骨架上（Ni@NCP）合成复杂的钴/镍磷化物，通过电沉积后从镍铜合金中选择性浸出铜，通过增加电活性位点和优化离子扩散通道，显著提高电化学性能。独特的中空纳米管结构大大提高了循环稳定性，在10 Ag−1下进行10,000次循环后保持80.1%的容量。本研究提出了一种电极材料合成的系统方法，强调了支撑框架和活性位点的构建，从而突出了SCs电极技术的巨大发展潜力。
图1 Ni@NCP的合成工艺示意图
图2 （a）不同扫描速率下Ni@NCP的CV曲线，（b）不同电流密度下Ni@NCP的GCD曲线，（c）NCP/NF和Ni@NCP电极在不同电流密度下的比容量对比，（d）不同合成参数下不同Ni@NCP电极的循环性能比较
该研究成果已在国际期刊Journal of Power Sources（IF:9.2）发表，题目为“Dealloyed nickel skeleton hosting in-situ formed multimetallic phosphides for enhanced electrochemical energy storage”，实验室硕士研究生赵泽羽为论文第一作者，实验室隋艳伟教授与尹青副教授为共同通讯作者，中国矿业大学为第一单位。该研究得到中央高校基本科研业务费基金（2022QN1090）、国家自然科学基金（52301297，52171227）、江苏省自然科学基金（青年）基金（BK20221139）、徐州科技项目（KC22483）的资助。