材料科學(xué)系胡林峰副教授團(tuán)隊(duì)在“材料分形結(jié)構(gòu)應(yīng)用于電化學(xué)柔性儲(chǔ)能”方面取得新進(jìn)展
近年來(lái)，可穿戴電子器件以其輕質(zhì)柔韌、可彎曲折疊、智能高效等優(yōu)點(diǎn)，引起了工業(yè)界和科技工作者的廣泛興趣。這其中，柔性電化學(xué)電容器通過(guò)離子吸附或氧化還原反應(yīng)來(lái)儲(chǔ)存能量，可以安全快速地充放電，在為柔性穿戴電子設(shè)備提供儲(chǔ)能方面最具有潛力。然而，目前柔性可穿戴超級(jí)電容器的開發(fā)還面臨著一些科學(xué)技術(shù)問(wèn)題：其能量密度距離實(shí)際應(yīng)用仍然偏低；在器件構(gòu)筑時(shí)需要使用粘結(jié)劑將活性物質(zhì)與集流體結(jié)合，粘結(jié)劑在彎折的過(guò)程中容易開裂導(dǎo)致無(wú)法柔性化。近日，我系胡林峰副教授團(tuán)隊(duì)《具有高活性((01 ?1)表面的 (NixCo1-x)9Se8樹枝狀分形結(jié)構(gòu)及其柔性全固態(tài)超級(jí)電容器應(yīng)用》（Fractal (NixCo1-x)9Se8 nanodendrite arrays with highly exposed ( 01 ?1) surface for wearable, all-solid-state supercapacitor）為題發(fā)表于材料學(xué)領(lǐng)域權(quán)威期刊《先進(jìn)能源材料》(Advanced Energy Materials, 2018, 1801392, 1-10), 并刊登為外封面論文。
分形是具有以非整數(shù)維形式充填空間的形態(tài)特征，通常具有最大的暴露表面，如果能夠設(shè)計(jì)出這類結(jié)構(gòu)應(yīng)用于電化學(xué)儲(chǔ)能，將可以顯著提高“活性物質(zhì)/電解質(zhì)”界面處的離子擴(kuò)散速率和電化學(xué)活性位點(diǎn)數(shù)量，從而獲得高的能量密度?；谝陨显O(shè)想，針對(duì)具有高贗電容活性的NiCoSe三元材料，通過(guò)溶劑熱的設(shè)計(jì)合成和襯底表面“異向形核、取向聚集”機(jī)制，在柔性碳布表面生長(zhǎng)出具有分形特征的(NixCo1-x)9Se8樹枝狀致密納米陣列。通過(guò)Ni元素的可控?fù)诫s與成分優(yōu)化，獲得了5 A g-1倍率下 3762 F g-1 的比電容量，循環(huán)5000次之后仍然能夠保持樹枝狀分析形貌和94.8%的電容量。在此基礎(chǔ)上，分別利用在碳布上原位生長(zhǎng)的(NixCo1-x)9Se8樹枝狀致密納米陣列為正極、石墨烯為負(fù)極，組裝了非對(duì)稱的全固態(tài)超級(jí)電容器，窗口電壓為1.5 V, 分別獲得了高達(dá)17.0 Wh kg-1 的能量密度和3.1 kW kg-1的功率密度，達(dá)到了這類NiCoSe三元材料的目前最佳性能。為了展示潛在應(yīng)用性，將串聯(lián)后的固態(tài)電容器制成手環(huán)型的柔性器件并成功為L(zhǎng)ED充電。手環(huán)型超級(jí)電容器可以戴在手腕上，即便拉伸、扭轉(zhuǎn)和折疊，也不會(huì)對(duì)于儲(chǔ)能性能有影響和對(duì)身體造成傷害。
以上工作以《具有高活性((01 ?1)表面的 (NixCo1-x)9Se8樹枝狀分形結(jié)構(gòu)及其柔性全固態(tài)超級(jí)電容器應(yīng)用》（Fractal (NixCo1-x)9Se8 nanodendrite arrays with highly exposed (01 ?1 ) surface for wearable, all-solid-state supercapacitor）為題發(fā)表于材料學(xué)領(lǐng)域權(quán)威期刊《先進(jìn)能源材料》(Advanced Energy Materials, 2018, 1801392, 1-10), 并刊登為外封面論文。該文章的第一作者為我系碩士研究生楊佩瑜，胡林峰副教授為通訊作者。研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（51372040，51701042）、上海市青年科技啟明星計(jì)劃（16QA1400700）等的資助。
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