贗電容對于超級電容器能量密度的提升頗具前景。獲得高性能儲能的關(guān)鍵在于構(gòu)建具很好相互連通的開孔結(jié)構(gòu)贗電容電極。然而，如何實現(xiàn)贗電容電極結(jié)構(gòu)的一致性規(guī)?；瘶?gòu)筑以及高活性材料負載下的快速離子/電子傳輸，仍具較大挑戰(zhàn)。 

　　近日，中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所研究員李清文、張永毅和河南理工大學(xué)教授楊政鵬，提出以木棉衍生的薄壁、高微孔率、高比面積、豐富雜原子摻雜及適當(dāng)彎曲的準二維碳瓦片（CT）作為獨特的骨架支撐，利用墨水3D打印策略制備出新型CT-單壁碳納米管（SWNT）-NiCo₂O₄贗電容電極。3D打印的電極結(jié)構(gòu)中，CTs和SWNTs耦合形成大量相互連接的多級孔和連續(xù)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了活性材料NiCo₂O₄的均勻和高質(zhì)量負載，同時確保了離子擴散通道暢通和電子傳輸路徑充足。得益于電極結(jié)構(gòu)的獨特特點，組裝的非對稱超級電容器具有高比電容、高能量密度及長期循環(huán)穩(wěn)定性。在電極厚度較高時，器件仍表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)儲能性能。該研究為構(gòu)建具高容量和高功率密度的贗電容電極結(jié)構(gòu)提供了新策略。 

　　此外，科研團隊以多孔木棉碳瓦片為電極組裝單元，層層組裝了致密且具有分級多孔結(jié)構(gòu)的薄膜電極，并用于高倍率的鋅離子電池和超級電容器；通過3D打印技術(shù)可控構(gòu)筑了柔性碳基相變無紡布、核鞘結(jié)構(gòu)贗電容電極和相變儲能微格，驗證了其在儲能、多功能織物等領(lǐng)域的應(yīng)用，相關(guān)成果發(fā)表在Energy Storage Materials， 2022，49，102-110、Small， 2021，17，2101093、Chemical Engineering Journal,  2022，431，133241、Chemical Engineering Journal， 2021，423，130304、ACS Applied Materials & Interfaces， 2022，14，7283-7291、Journal of Power Sources， 2022，525，231148等上。 

　　相關(guān)研究成果以3D printing of carbon tile-modulated well-interconnected hierarchically porous pseudocapacitive electrode為題，發(fā)表在Energy Storage Materials上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金等的支持。

　　論文鏈接 

圖1.CT-SWNT-NiCo₂O₄贗電容電極的制備過程示意圖 

圖2.CT-SWNT-CMC墨水的制備流程、流變特性和可打印性 

圖3.CT-SWNT-NiCo₂O₄贗電容電極的結(jié)構(gòu)和成分分析 

圖4.不同NiCo₂O₄載量的電極電化學(xué)和形貌表征 

圖5.組裝的非對稱超級電容器的電化學(xué)性能 

圖6.大厚度器件的電化學(xué)性能、穩(wěn)定性及儲能機理