ChemElectroChem:碳布上氧缺陷WO3-x纳米片和中空微球的制备及其储能性能研究

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中国工程物理研究院激光聚变研究中心王朝阳课题组报道了通过溶剂热法在碳布上一步生成具有氧缺陷WO3-x纳米片和中空微球的CC-WO3-x电极材料。研究了氧缺陷WO3-x纳米片和中空微球的形成机理和不同氧缺陷浓度对电化学性能的影响,将得到的CC-WO3-x用于超级电容器电极材料,结果展示CC-WO3-x具有优异的电化学性能。


缺陷工程是通过引入氧空位来提高导电性,改善金属氧化物的电化学活性位点,加速反应动力学,从而提高电化学性能的一种很好的方法。此外,为电极材料设计不同的纳米结构也被认为是加速和提高氧化还原反应动力学的一种有效的方法。同时,无粘结剂电极材料可实现电活性材料的高效使用,保证电解液离子充分进入材料内部。基于此,本文设计并制备了一种直接生长在碳布上具有氧缺陷并且是纳米片和中空微球混合的CC-WO3-x电极材料。

实验中乙酸酐的还原和脱水作用是引入氧缺陷和中空结构的关键。同时通过控制合适的反应时间可以得到有利于能量储存的最佳氧缺陷浓度。研究结果  表明,与CC-WO3和WO3相比,CC-WO3-x具有更高的比表面积和导电性。高比表面积和导电性为电子和离子在电极材料和电解液及其界面处的传递和传输提供了更多的电活性位点,降低了电荷传递电阻,最终提高了电极材料的比电容和循环稳定性。在1A g-1的电流密度下,CC-WO3-x比电容为804 F g-1,并且在10 A g-1时仍具有560 F g-1的比电容,14000次循环后的电容保持率为109.5%。组装得到的CC-WO3-x//AC ASC非对称超级电容器其比容量为118.3 F g-1,在功率密度为1.3 kW kg-1时,最大的能量密度为50.7 W h kg-1。电极材料CC-WO3-x展示了较好的电化学性能。这种制备具有氧缺陷和混合纳米结构的策略有望应用于其他高性能的过渡金属氧化物的制备和超级电容器电极材料的应用。

图1  氧缺陷WO3-x纳米片和中空微球在碳布表面上形成示意图。

图2   (a)、(b)、(c) 分别为CC-WO3-x的TEM、HRTEM及放大后的HRTEM图像;(d)CC-WO3-x的选区电子衍射(SAED)图像;(e)EDS结果。

图3   CC-WO3-x、CC-WO3和WO3的CV 曲线;(b) 在不同电流密度下的比电容曲线;(c) EIS谱;(d) 阳极峰电流下的Log(i)对 log(v)曲线;(e) 在不同扫描速率下电容控制和扩散控制的电容贡献比;(f) 循环寿命。

文信息

Synthesis of Oxygen-Deficient WO3−x Nanoplates and Hollow Microspheres Decorated on a Carbon Cloth for Supercapacitors

Dr. Wenjing Han, Dr. Minglong Zhong, Dr. Hui Ju, Dr. Deping Chen, Dr. Lei Yuan, Dr. Xudong Liu, Prof. Chaoyang Wang


ChemElectroChem

DOI: 10.1002/celc.202200122


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