赝电容器用NiO复合电极的研究进展
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1鎳基多元复合电极
NiO虽然具备超高的理论比电容(2 573 F/g),但用传统方法制备的NiO电极实际比容量较低，且电斥 窗口一般在0.5 V以下，限制了电容器能量密度的发挥为了进一步扩大电极材料的比容量与电斥窗 口 ,可在NiO电极中掺杂金属，形成多兀复合金属氧化物电极，通过多九金属的协同作用和丰富的金属价 态，大大提高濮电容电容器的比容量和能量密度。Liu等时采用化学沉积与光化学法制备出了无定型 Ni()/Mn()2柔性复合电极。MnO?作为一种典型的濮电容器电极材料(理论比电容达1 370 F/g),-与Ni的协 同作用大大提高了电极材料的电化学活性，且Mn兀素的加入使电极电压窗口扩大到1.2 V,在电流密度为 1 mA/cm2时，比电容达48.1 mF/cm2,能量密度为9.62 fjiWh/cm2,功率密度为28. 9 |xW/cm2,且经过10 000 次连续循环，电极比容量保持率达89.3% ,表明该电极具备良好的电化学性能与循环稳定性。Li等”］采用 三步水热法制备了一种类三明治结构的NiCo204/rG0/Ni0异质结构复合电极，其制备流程及SEM图如 图2 (a)、(b)所示，从图2 (b)中可看到电极的纳米结构镰氧化物。图2 (c)、(d)为不同成分电极的电化学 性能对比，其中NiC。?O4/rGO/NiO电极性能最优，这是由丁不同元素Z间良好的协同效应提高了电极的电 化学性能。在电流密度为1 mA/cm?时，比电容高达2 644 mF/cm2,3 000圈连续循环后比电容保持率达 97.5%,且中间rGO的存在使电极具备了 1.5 II的低内阻，展现了多兀复合电极良好的应用前景。
第2期
王知常，等：贋电容器用NiO复合电极的研究进展
• 25 •
问题依然有待解决本课题介绍了镰基多元复合、三维连续多孔金属/氧化物核壳结构、石墨烯、碳纳 米管、导电高聚物掺杂等改善电极容量与导电性的研究方法，综述了用不同方法制备NiO复合电极做贋电 容器电极的研究进展，并对NiO复合电极未来的发展做出了展望。
社会的发展，新能源汽车及军事设备等大功率设备对能源器件功率的要求也进一步提高，超级电容器相比 传统锂离子电池具备更高的功率密度、更长的循环使用寿命与更低的成木，被视为新一代储能器件[4-5]»根
据储能原理的不同，超级电容器可分为双电层电容器和质电容器。与双电层电容器相比，丿赞电容器的储能
过程不仅发生在电极表面 ，电极体相内也会伴随着高 度可逆的氧化还原反应，所以具备更高的功率密度和 比容量，其储能原理如图1所示⑷。电极是决定电容 器储能特性的关键，贋电容器的电极材料主要包括导 电高聚物及过渡金属氣化物，导电高聚物具备较高的 比容量与能量密度，但它在充放电过程中易发生粉化 而造成结构破坏，因而限制了其应用⑺。NiO[8\ MnO2 [9]、Co3 04 [1,）]、CuO 皿〕、Mo02 血等过渡金属氧化 物的电极具备成本低、容量高等优点，但金属氧化物 多为半导体其至绝缘体，差的导电性限制了它储能特 性的发挥。其中，NiO相比其他过渡金属氧化物具备 超高的理论比容量，但实际容量较低、导电性较差等
search progresses of NiO composite electrodes in pseudo-capacitive electrodes applications.
Keywords: transition metal； NiO； pseudo-capacitor
能源危机与环境污染已成为社会发展的重大问题，开发新型能源是解决该问题的可靠途径 [1-3]»随着
cations. This paper provides an overview of preparing composite electrodes to resolve above obstacles by doping other metals in NiO,
preparing nano-structural composite electrodes and introducing conductive materials in NiO electrodes. Finally, we reviewed the re
电解战 I隔膜F”来自v.* *H叶 *蚪
*甘
曲
孑
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十廿
金属氧騒/氧化还原活性分「
图1贋电容电容器储能原理 Fig. 1 Working principle of pseudo-capacitors
收稿日期：2019 -01 -05 基金项目：天津市自然科学基金（16JCYBJC41700）；天津市教委科研计划项目（2017KJ075） 作者简介：王知常（1992—）,男，河北沧州人，硕士研究生，主要研究方向为质电容器及锂离子电池电极材料的制备.
关键词：过渡金属；NiO;贋电容器
中图分类号:TQ152
文献标志码：A
文章编号:1674 -330X(2019 )02 -0024 -03
Research progress of NiO composite electrodes for pseudo-capacitors
WANG Zhichang, SUN Li, ZHANG Zhijia
trodes due to the merits of high theoretical capacitance and low-cost. Among various TMOs, NiO is considered as ideal electrode with
ultrahigh theoretical specific capacity (2 573 F/g) . However, it still hinders by poor conductivity and low specific capacitance in appli
第31卷第2期 2019年6月
河南工程学院学报（自然科学版） JOURNAL OF HENAN UNIVERSITY OF ENGINEERING
Vol. 31, No. 2 Jun. 2019
贋电容器用NiO复合电极的研究进展
王知常，孙丽，张志佳 （天津工业大学材料科学与工程学院，天津300387 ）
摘要：过渡金属氧化物用作电极材料因相比碳材料有着更高的容量、更低的价格而被高度重视。其中，Ni()用作廣电容 器电极因具备超高的理论比容量(2 573 F/g)被广泛关注，但它存在导电性较差、实际比容量低等缺点。因氏，介绍了在NiO 电极中掺杂其他过渡金属制备成多元复合电极、结构纳米化、添加导电物质等方法来解决以上问题，综述了目前NiO复合电 极在廣电容器中的研究进展。
(School of Material Science and Engineering, Tianjin Polytechnic University, Tianjin 300387, China )
Abstract: Compared to carbon materials, transition metal oxides (TMOs) have attracted great attention in supercapacitive elec
NiO虽然具备超高的理论比电容(2 573 F/g),但用传统方法制备的NiO电极实际比容量较低，且电斥 窗口一般在0.5 V以下，限制了电容器能量密度的发挥为了进一步扩大电极材料的比容量与电斥窗 口 ,可在NiO电极中掺杂金属，形成多兀复合金属氧化物电极，通过多九金属的协同作用和丰富的金属价 态，大大提高濮电容电容器的比容量和能量密度。Liu等时采用化学沉积与光化学法制备出了无定型 Ni()/Mn()2柔性复合电极。MnO?作为一种典型的濮电容器电极材料(理论比电容达1 370 F/g),-与Ni的协 同作用大大提高了电极材料的电化学活性，且Mn兀素的加入使电极电压窗口扩大到1.2 V,在电流密度为 1 mA/cm2时，比电容达48.1 mF/cm2,能量密度为9.62 fjiWh/cm2,功率密度为28. 9 |xW/cm2,且经过10 000 次连续循环，电极比容量保持率达89.3% ,表明该电极具备良好的电化学性能与循环稳定性。Li等”］采用 三步水热法制备了一种类三明治结构的NiCo204/rG0/Ni0异质结构复合电极，其制备流程及SEM图如 图2 (a)、(b)所示，从图2 (b)中可看到电极的纳米结构镰氧化物。图2 (c)、(d)为不同成分电极的电化学 性能对比，其中NiC。?O4/rGO/NiO电极性能最优，这是由丁不同元素Z间良好的协同效应提高了电极的电 化学性能。在电流密度为1 mA/cm?时，比电容高达2 644 mF/cm2,3 000圈连续循环后比电容保持率达 97.5%,且中间rGO的存在使电极具备了 1.5 II的低内阻，展现了多兀复合电极良好的应用前景。
第2期
王知常，等：贋电容器用NiO复合电极的研究进展
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问题依然有待解决本课题介绍了镰基多元复合、三维连续多孔金属/氧化物核壳结构、石墨烯、碳纳 米管、导电高聚物掺杂等改善电极容量与导电性的研究方法，综述了用不同方法制备NiO复合电极做贋电 容器电极的研究进展，并对NiO复合电极未来的发展做出了展望。
社会的发展，新能源汽车及军事设备等大功率设备对能源器件功率的要求也进一步提高，超级电容器相比 传统锂离子电池具备更高的功率密度、更长的循环使用寿命与更低的成木，被视为新一代储能器件[4-5]»根
据储能原理的不同，超级电容器可分为双电层电容器和质电容器。与双电层电容器相比，丿赞电容器的储能
过程不仅发生在电极表面 ，电极体相内也会伴随着高 度可逆的氧化还原反应，所以具备更高的功率密度和 比容量，其储能原理如图1所示⑷。电极是决定电容 器储能特性的关键，贋电容器的电极材料主要包括导 电高聚物及过渡金属氣化物，导电高聚物具备较高的 比容量与能量密度，但它在充放电过程中易发生粉化 而造成结构破坏，因而限制了其应用⑺。NiO[8\ MnO2 [9]、Co3 04 [1,）]、CuO 皿〕、Mo02 血等过渡金属氧化 物的电极具备成本低、容量高等优点，但金属氧化物 多为半导体其至绝缘体，差的导电性限制了它储能特 性的发挥。其中，NiO相比其他过渡金属氧化物具备 超高的理论比容量，但实际容量较低、导电性较差等
search progresses of NiO composite electrodes in pseudo-capacitive electrodes applications.
Keywords: transition metal； NiO； pseudo-capacitor
能源危机与环境污染已成为社会发展的重大问题，开发新型能源是解决该问题的可靠途径 [1-3]»随着
cations. This paper provides an overview of preparing composite electrodes to resolve above obstacles by doping other metals in NiO,
preparing nano-structural composite electrodes and introducing conductive materials in NiO electrodes. Finally, we reviewed the re
电解战 I隔膜F”来自v.* *H叶 *蚪
*甘
曲
孑
B
:
十廿
金属氧騒/氧化还原活性分「
图1贋电容电容器储能原理 Fig. 1 Working principle of pseudo-capacitors
收稿日期：2019 -01 -05 基金项目：天津市自然科学基金（16JCYBJC41700）；天津市教委科研计划项目（2017KJ075） 作者简介：王知常（1992—）,男，河北沧州人，硕士研究生，主要研究方向为质电容器及锂离子电池电极材料的制备.
关键词：过渡金属；NiO;贋电容器
中图分类号:TQ152
文献标志码：A
文章编号:1674 -330X(2019 )02 -0024 -03
Research progress of NiO composite electrodes for pseudo-capacitors
WANG Zhichang, SUN Li, ZHANG Zhijia
trodes due to the merits of high theoretical capacitance and low-cost. Among various TMOs, NiO is considered as ideal electrode with
ultrahigh theoretical specific capacity (2 573 F/g) . However, it still hinders by poor conductivity and low specific capacitance in appli
第31卷第2期 2019年6月
河南工程学院学报（自然科学版） JOURNAL OF HENAN UNIVERSITY OF ENGINEERING
Vol. 31, No. 2 Jun. 2019
贋电容器用NiO复合电极的研究进展
王知常，孙丽，张志佳 （天津工业大学材料科学与工程学院，天津300387 ）
摘要：过渡金属氧化物用作电极材料因相比碳材料有着更高的容量、更低的价格而被高度重视。其中，Ni()用作廣电容 器电极因具备超高的理论比容量(2 573 F/g)被广泛关注，但它存在导电性较差、实际比容量低等缺点。因氏，介绍了在NiO 电极中掺杂其他过渡金属制备成多元复合电极、结构纳米化、添加导电物质等方法来解决以上问题，综述了目前NiO复合电 极在廣电容器中的研究进展。
(School of Material Science and Engineering, Tianjin Polytechnic University, Tianjin 300387, China )
Abstract: Compared to carbon materials, transition metal oxides (TMOs) have attracted great attention in supercapacitive elec