Инженерные никель-кобальтовые слоистые двойные гидроксиды: настраиваемые тонкослойные нанолисты для превосходной производительности суперконденсаторов

Аннотация

Слоистые двойные гидроксиды как типичные электродные материалы суперконденсаторов могут демонстрировать превосходную производительность накопления энергии, если их структуры хорошо регулируются. В данной работе простой одноступенчатый гидротермальный метод используется для приготовления разнообразных никель-кобальтовых слоистых двойных гидроксидов (NiCo-LDHs), в которых разное содержание мочевины используется для регулировки разных наноструктур NiCo-LDHs. Результаты показывают, что уменьшение содержания мочевины может эффективно улучшить диспергируемость, настроить толщину и оптимизировать внутренние пористые структуры NiCo-LDHs, тем самым улучшая их емкостную производительность. Когда содержание мочевины уменьшается с 0,03 до 0,0075 г при фиксированном массовом отношении никеля (0,06 г) к кобальту (0,02 г) 3:1, приготовленный образец NiCo-LDH-1 демонстрирует толщину 1,62 нм, и формируются четкие тонкослойные нанолистовые структуры и большое количество поверхностных пор, что благоприятно для переноса ионов в электродный материал. После приготовления в качестве электрода суперконденсатора NiCo-LDH-1 демонстрирует ультра-высокую удельную емкость 3982,5 Ф/г при плотности тока 1 А/г и высокое удержание емкости выше 93,6% после 1000 циклов заряда и разряда при высокой плотности тока 10 А/г. Отличная электрохимическая производительность NiCo-LDH-1 подтверждается сборкой двухэлектродного асимметричного суперконденсатора с углеродными сферами, демонстрирующей удельную емкость 95 Ф/г при 1 А/г с удержанием емкости 78% за 1000 циклов. Текущая работа предлагает легкий способ контроля наноструктуры NiCo-LDHs, подтверждает важное влияние мочевины на улучшение емкостной производительности для электрода суперконденсатора и предоставляет высокую возможность для разработки высокопроизводительных суперконденсаторов.

Введение

Как экологически чистое устройство накопления энергии, суперконденсатор привлекает много внимания благодаря своим уникальным преимуществам, включая долгую циклическую жизнь, превосходную обратимость, высокую удельную мощность и великую надежность. В последние годы он потенциально применялся во многих перспективных приложениях, таких как электромобили, умные носимые устройства и портативные компьютеры, что имеет большое значение для будущего использования и накопления энергии. Однако более низкая удельная энергия суперконденсаторов всегда была важной причиной ограничения их дальнейшего развития. Известно, что решающим фактором для определения емкости суперконденсатора является электрохимическое свойство электродного материала. Таким образом, главное решение в настоящее время — разработка электродных материалов с отличными электрохимическими свойствами. Углеродные материалы, переходные металл-оксиды, переходные металл-гидроксиды (TMHs) и проводимые полимеры являются основными материалами, используемыми как электроды суперконденсаторов. Среди них много гибридные наноматериалы TMHs стали сильным трендом исследования из-за существования синергетического эффекта, превосходной контролируемости химического состава, выдающейся оксидно-восстановительной активности и отличной анионно-обменной производительности. Как типичный TMHs, никель-кобальтовый гидроксид пользуется благоприятством из-за своей низкой цены, простого процесса приготовления и высокой теоретической емкости. Однако все еще большая проблема — получить высокопроизводительные электродные материалы никель-кобальтовых гидроксидов простым методом.

Электрохимические свойства никель-кобальтовых гидроксидов в значительной степени зависят от специальных морфологических наноструктур и составов металлических ионов. В предыдущих исследованиях Wu et al. синтезировали ванадиевые иерархические пористые нанолистовые массивы никель-кобальтовых слоистых двойных гидроксидов, которые обеспечивали высокую удельную емкость 2960 Ф/г при плотности тока 1 А/г. Yan et al. спроектировали полые микросферы никель-кобальтовых слоистых двойных гидроксидов с морфологией гортензии, демонстрируя удельную емкость 2158,7 Ф/г при плотности тока 1 А/г. Другие усилия были сделаны для снижения сопротивления, увеличения электрической проводимости электродных материалов и получения других специальных морфологий с высокой удельной площадью. Когда активный материал рос на поверхности субстрата, он формировал слоистую трехмерную структуру, которая могла обеспечить полный контакт между ионами электролита и активным материалом и улучшить эффективность реакции. На этой основе Ouyang et al. получили высокую удельную емкость 2047 Ф/г при плотности тока 1 А/г, изготавливая иерархически структурированные сферические частицы никель-кобальтовых слоистых двойных гидроксидов, выросшие на биомассном пористом угле. Zha et al. успешно спроектировали и изготовили высокооткрытые никель-кобальтовые сульфидные нанолисты на Ni-пене, которые представили низкое сопротивление и высокую удельную емкость 2553,9 Ф/г при плотности тока 0,5 А/г. К сожалению, хотя в предыдущих исследованиях на никель-кобальтовых слоистых гидроксидах был сделан большой прогресс, удельная емкость большинства из них как электродных материалов все еще остается ниже 3000 Ф/г.

В данной работе мы предлагаем легкую и эффективную стратегию для выращивания NiCo-LDHs на никелевой пене и настройки наноструктур электродных материалов для улучшения емкости накопления заряда. NiCo-LDHs готовятся одноступенчатым гидротермальным процессом, с структурой, включающей дисперсию, толщину и пористость, легко настраиваемыми через уменьшение содержания мочевины при фиксированном массовом отношении Ni к Co 3:1. Оптимальный NiCo-LDH-1 демонстрирует тонкослойные нанолисты с толщиной около 1,62 нм и очевидными пористыми структурами. Пористая тонкослойная структура может обеспечивать обильные активные центры для оксидно-восстановительной реакции, увеличивать сродство электролита и электродных материалов и снижать диффузионное сопротивление и миграционное расстояние ионов электролита. В результате NiCo-LDH-1 демонстрирует ультра-высокую удельную емкость 3982,5 Ф/г при плотности тока 1 А/г и высокое удержание емкости выше 93,6% после 1000 циклов заряда и разряда при высокой плотности тока 10 А/г. Отличная электрохимическая производительность NiCo-LDH-1 дополнительно подтверждается сборкой двухэлектродного асимметричного суперконденсатора с углеродными сферами, демонстрирующей удельную емкость 95 Ф/г при 1 А/г и удержание емкости 78% за 1000 циклов.

Методы

Никелевая пена (NF, 1 см²), использованная в эксперименте, предоставлена Canrd Co., Ltd., Китай. Перед использованием она ультразвуковыми обрабатывалась в 2 М HCl 15 мин для удаления оксида на поверхности, затем промывалась большими количествами деионизированной воды и этанола для удаления ионов с поверхности. После этого сушили при 60 °C 3,5 ч в вакууме. Все остальные химикаты были аналитического чистоты, закуплены у Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd., Китай и использованы без дальнейшей очистки.

В типичной процедуре, во-первых, 0,06 г NiCl₂·6H₂O и 0,02 г CoCl₂·6H₂O растворяли в 80 мл деионизированной воды под ультразвуком 15 мин. Во-вторых, мочевину клали в смешанный раствор и держали ультразвуком 10 мин до полного разгона твердого. Затем NF с термостойкой лентой на одной стороне крепили диагонально к дну тефлоновой автоклавы после измерения массы. Наконец, однородный раствор переливали в автоклав и держали при 100 °C 8 ч. После реакции охлажденные NF с осажденными NiCo-LDHs извлекали и промывали деионизированной водой для удаления примесей на поверхности, затем сушили при 60 °C 4 ч в вакуумных условиях. Общее содержание мочевины составляло 0,0075, 0,015 и 0,03 г соответственно, соответствующие образцам NiCo-LDH-1, NiCo-LDH-2 и NiCo-LDH-3. Образец, приготовленный тем же способом, что и упомянутые выше, за исключением добавления мочевины, назывался NiCo-LDH-0.

Рентгеновский автоматический дифрактометр (XRD, D8 Advance) использовался для измерения кристаллической структуры материалов. Рентгеновский фотоэлектронный спектрометр (XPS, ESCALAB 250Xi) использовался для измерения валентности и содержания элементов материалов. Высоковакуумный и низковакуумный сканирующий электронный микроскоп (SEM, JSM-6360LV) использовался для наблюдения морфологии и состава микроструктуры поверхности образцов. Передаточный электронный микроскоп (TEM, TF20 Jeol 2100F) использовался для наблюдения ультроструктуры материала. Атомно-силовой микроскоп (AFM, Dimension Icon) использовался для получения информации о поверхностной топографии и шероховатости с нанометровым разрешением. Энергодисперсивная рентгеновская спектроскопия элементное картирование (EDS mapping) использовалась для измерения распределения элементов.

Типичная трехэлектродная система в 1 М растворе KOH использовалась для тестирования электрохимической производительности. Приготовленная никелевая пена с выросшим электродным материалом была рабочим электродом, а платиновая пластина и насыщенный каломельный электрод использовались как контр- и референс-электроды соответственно, с помощью которых измерялись циклические вольтаммограммы (CV), гальваностатические кривые заряда/разряда (GCD), электрохимический импеданс (EIS) и тесты циклической стабильности. Удельная емкость C_c (Ф/г) и удельная емкость Q (Кл/г) образцов могут быть рассчитаны согласно параметрам, полученным гальваностатическими кривыми разряда, выражения следующие:

C_c = (I × Δt) / (ΔV × m)

Q = (I × Δt) / m

где I (А) представляет разрядный ток; Δt (с) означает время разряда; ΔV (В) дает окно разрядного потенциала; m (г) соответствует массе активного материала, около 0,0012 г.

Асимметричный суперконденсатор (ASC) изготавливается в двухэлектродной системе после балансировки зарядов Q_s+ m_s+ = Q_s- m_s-. NiCo-LDH-1/NF используется как положительный электрод, а отрицательный электрод получается смешиванием углеродных сфер, углеродного черного и PTFE в соотношении 8:1:1 на NF. Электролит такой же, как в трехэлектродной системе, и диапазон окон потенциалов для ASC составляет 0–1,4 В. Для изучения практических электрохимических характеристик удельная энергия E_c (Вт·ч/кг) и удельная мощность P_c (Вт/кг) для асимметричной конфигурации рассчитываются следующим образом:

E_c = (C_c × (ΔV)²) / (2 × 3,6)

P_c = (E_c × 3600) / Δt

где I (А) представляет разрядный ток; Δt (с) дает время разряда; ΔV (В) соответствует окнам потенциалов; m (г) означает общую активную массу положительного и отрицательного электродов, около 0,0065 г.

Результаты и обсуждение

Рис. 1 иллюстрирует микроструктуры и морфологии NiCo-LDHs, выросших на NF, приготовленных с разным содержанием мочевины. Рис. 1a–l показывают SEM-изображения, AFM-изображения и толщину образцов соответственно. Как показано на рис. 1a, синтезированный NiCo-LDH-3 демонстрирует пластинчатые структуры, сложенные и переплетенные в горизонтальном направлении параллельно NF. Пластинчатые структуры неровные и имеют сильное сцепление. С постепенным уменьшением содержания мочевины NiCo-LDHs постепенно растут в вертикальном направлении и перпендикулярно NF. Как показано на рис. 1c, когда содержание мочевины уменьшается до 0,0075 г, нанолисты NiCo-LDH-1 переплетаются и распределяются на поверхности NF, формируя очевидную трехмерную структуру и богатые пористые структуры между слоями. Морфологии этих нанолистов благоприятны для увеличения удельной площади электрода для обеспечения обильных реактивных центров для реакции. Следовательно, это может значительно увеличить контактную поверхность с электролитом для продвижения электрохимической реакции для вклада большой удельной емкости в электрохимической реакции. Рис. 1e–l — AFM-изображения для определения толщин нанолистов NiCo-LDHs. Для образцов NiCo-LDH-3, NiCo-LDH-2 и NiCo-LDH-1 соответствующие толщины составляют 3,29, 2,52 и 1,62 нм соответственно. Показано, что толщина нанолистов материала постепенно уменьшается с уменьшением содержания мочевины. Ультратонкая структура в NiCo-LDH-1 обеспечивает хорошие условия для формирования пористой структуры и сокращает расстояние переноса ионов. Однако SEM-изображение NiCo-LDH-0 (рис. 1d) показывает, что образец, приготовленный без добавления мочевины, также демонстрирует пластинчатые структуры, но толщина составляет 3,31 нм (рис. 1h, l), что толще, чем у других образцов, приготовленных с мочевиной. Это подразумевает, что микроструктуры и морфологии NiCo-LDHs могут влиять на содержание мочевины. В процессе получения образцов с участием мочевины, мочевина медленно разлагается на NH₃ и CO₂ при высокой температуре и далее производит CO₃²⁻, NH₄⁺ и OH⁻ ионы реакцией с водой. При условии более низкого содержания мочевины, Co²⁺ и Ni²⁺ ионы имеют мало контактных мест с OH⁻, что образует более тонкие нанолистовые структуры. Тем не менее, травление не происходит в процессе образца, приготовленного без мочевины. В результате, по сравнению с образцами, полученными с мочевиной, толщина образца без добавления мочевины становится толще.

XRD спектры NiCo-LDHs показаны на рис. 2a. После сравнения со стандартной PDF картой, все материалы можно присвоить Ni₀.₇₅Co₀.₂₅(CO₃)₀.₁₂₅(OH)₂₀.₂₁₅·0,38H₂O (PDF#40–0216). Дифракционные пики при 2θ 11,59°, 23,14°, 34,95°, 39,40°, 62,44° и 65,96° соответствуют никель-кобальтовым гидроксидам (003), (006), (012), (015), (113) и (116) кристаллическим плоскостям соответственно. Детальная микроморфология NiCo-LDH-1 дополнительно характеризуется TEM. Как показано на рис. 2b–d, NiCo-LDH-1 появляется как тонкие пористые слои и очень мало наложения между слоями. Это потому, что уменьшенное содержание мочевины улучшает диспергируемость материала и снижает боковое наложение между слоями. Трехмерная структура роста делает пластинчатую структуру материала более тонкой и с очевидными порами. Существование тонкослойной пористой структуры может значительно увеличить проникновение электролита в электродный материал, снизить диффузионное сопротивление и миграционное расстояние ионов электролита.

Рис. 3 показывает XPS анализ NiCo-LDH-1. Для Ni 2p XPS спектра на рис. 3a наблюдаются два основных пика около 873,1 и 855,5 эВ, соответствующие Ni 2p₁/₂ и Ni 2p₃/₂ соответственно. Пики с энергией связи 874,4 и 856,5 эВ атрибутируются Ni³⁺, в то время как подгоняющие пики при 873,1 и 855,3 эВ соответствуют Ni²⁺. В то же время пики при 872,1 и 854,2 эВ подразумевают наличие Ni⁰, которые приписываются NF, и еще два пика при 878,8 и 861,2 эВ могут быть присвоены сателлитным пикам. Аналогично, рис. 3b изображает подогнанный XPS спектр Co 2p, и два основных пика, расположенные при 796,1 и 780,8 эВ, индексируются как Co 2p₁/₂ и Co 2p₃/₂ соответственно. Дублеты при 796,9 и 781,5 эВ согласуются с Co²⁺, в то время как другие дублеты при 795,5 и 780,1 эВ соответствуют Co³⁺. Соответствующие сателлитные пики при 784,9 и 803,7 эВ. O 1s спектр показан на рис. 3c, в котором пики, центрированные при 529,6, 531 и 532,5 эВ, должны быть присвоены кислороду, связанному с металлом (O1), дефектному кислороду (O2) с низкой координацией и кислороду в воде (O3), который физически и химически связан на поверхности и внутри соответственно. Эти результаты показывают, что NiCo-LDH-1 имеет богатое распределение валентных состояний, что благоприятно для улучшения электрохимической производительности.

Диаграммы EDS картирования NiCo-LDH-1 показаны на рис. 4a–d. Из фигур видно, что элементы Ni, Co и O равномерно распределены по материалу, что соответствует результатам XPS.

Для тестирования электрохимических характеристик NiCo-LDHs проводятся тесты CV, GCD, EIS и циклической стабильности в типичной трехэлектродной тестовой системе. Рис. 5a показывает циклические вольтамметрические кривые NiCo-LDH-1 при разных скоростях сканирования. Видно, что для всех образцов наблюдаются очевидные оксидационные и редукционные пики, и площади для анодных и катодных пиков при фиксированной скорости сканирования в основном одинаковы, что указывает на то, что электродный материал имеет отличную обратимость. Реакции оксидо-восстановления можно выразить как:

Ni(OH)₂ + OH⁻ ↔ NiOOH + H₂O + e⁻

Co(OH)₂ + OH⁻ ↔ CoOOH + H₂O + e⁻

CoOOH + OH⁻ ↔ CoO₂ + H₂O + e⁻

Рис. 5b представляет циклические вольтамметрические кривые NiCo-LDHs при скорости сканирования 5 мВ/с. Видно, что оксидационные и редукционные пиковые токи NiCo-LDH-1 значительно выше, чем у NiCo-LDH-2, NiCo-LDH-3 и NiCo-LDH-0, и площадь, заключенная шириной пика и интенсивностью пиковых токов NiCo-LDHs, увеличивается последовательно. Согласно предыдущей литературе, площадь, заключенная кривой, может отражать вклад материала в емкость. Чем больше интегральная площадь, заключенная под одинаковой скоростью сканирования и окном напряжения, тем лучше емкостная производительность материала, поэтому регулированный NiCo-LDH-1 уменьшением содержания мочевины делает емкостную производительность лучше. Кроме того, из CV кривых NF при 5 мВ/с можно наблюдать, что площадь CV кривых для NF пренебрежимо мала по сравнению с другими образцами, что указывает на незначительный емкостной вклад NF.

Гальваностатические кривые заряда и разряда NiCo-LDH-1 при разных плотностях тока показаны на рис. 5c. Очевидно, NiCo-LDH-1 имеет ультра-высокую удельную емкость 4166 (1667 Кл/г) и 3982,5 Ф/г (1593 Кл/г) при плотности тока 0,5 и 1 А/г соответственно. При высокой плотности тока 10 А/г удельная емкость 2550 Ф/г (1020 Кл/г) все еще может быть сохранена. Сравнивая с результатами литературы, показанными в Таблице 1, наша работа более преимущественна.

Рис. 5d — гальваностатические кривые заряда и разряда NiCo-LDHs под одинаковой плотностью тока и окном напряжения. Можно наблюдать, что когда содержание мочевины уменьшается, время заряда и разряда NiCo-LDHs становится длиннее по очереди. Удельная емкость меняется от 2405 Ф/г (962 Кл/г) для NiCo-LDH-3 до 3052,5 Ф/г (1221 Кл/г) для NiCo-LDH-2 и наконец увеличивается до 3982,5 Ф/г (1593 Кл/г) для NiCo-LDH-1. Это иллюстрирует, что изменение содержания мочевины имеет важное влияние на оксидно-восстановительную реакцию материалов. Причина в том, что при высоком содержании мочевины NiCo-LDHs в основном растут в направлении параллельно поверхности NF боково, и слои сложены вместе, что увеличивает общую толщину слоев, так что электролит не может хорошо проникнуть, и оксидно-восстановительные реакции, приводящие к псевдоемкости, могут происходить только на или близко к поверхности. Уменьшение содержания мочевины делает диспергируемость материала лучше. NiCo-LDHs постепенно избавляются от сложенного состояния между слоями. Трехмерная структура роста делает слойовые структуры материала более тонкими и порами очевидными. Это обеспечивает больше активных центров для реакции и снижает диффузионное сопротивление и миграционное расстояние ионов электролита, что способствует переносу и диффузии ионов, тем самым значительно улучшая псевдоемкостную производительность материала. Согласно GCD кривой NiCo-LDH-0, удельная емкость образца составляет 1232,5 Ф/г (493 Кл/г) при плотности тока 1 А/г, что ниже, чем у образцов, полученных с мочевиной. Это дополнительно подтверждает, что измененная структура, включая морфологию и толщину, вызванная введением мочевины, имеет положительный стимулирующий эффект на электрохимические свойства NiCo-LDHs.

Рис. 5e показывает циклическую стабильность NiCo-LDHs. При плотности тока 10 А/г коэффициент удержания емкости NiCo-LDH-1 выше 93,6% после 1000 циклов, выше 88,9% и 83% для NiCo-LDH-2 и NiCo-LDH-3 соответственно. Однако коэффициент удержания емкости NiCo-LDH-0 составляет только 54,9%. Это указывает на то, что подходящее содержание мочевины может эффективно улучшить стабильность электродных материалов. Более того, в течение 100–500 циклов коэффициент удержания емкости NiCo-LDH-1 больше 100%, что предполагает, что более тонкая вертикальная слойовая структура в этом циклическом процессе может достаточно сделать электролит диффундировать к поверхности активного вещества для поддержки процесса оксидно-восстановительной реакции. Рис. 5f — результат EIS теста для NiCo-LDHs. Найквист графики состоят из двух частей: высокочастотной и низкочастотной области, соответствующих полукругу и линейному участку соответственно. Диаметр полукруга в высокочастотной области отражает сопротивление переноса электронов. Чем меньше диаметр полукруга, тем меньше сопротивление переноса электронов. Наклон линии представляет диффузионную способность ионов электролита на поверхности материала. Чем выше наклон, тем сильнее диффузионная способность. Для образцов NiCo-LDH-1, NiCo-LDH-2 и NiCo-LDH-3, когда содержание мочевины постепенно уменьшается, сопротивление переноса и миграционное расстояние электронов уменьшаются для соответствующих электродов, скорость передачи ионов на поверхность электрода увеличивается, и проводимость материала постепенно улучшается. Однако для образца NiCo-LDH-0, хотя сопротивление переноса электронов относительно мало, скорость передачи ионов слишком медленна, чтобы соответствовать электронной передаточной способности, что приводит к плохой электрохимической производительности.

Отличная электрохимическая производительность NiCo-LDH-1 как положительного электрода дополнительно подтверждается изготовлением двухэлектродного асимметричного суперконденсатора с углеродными сферами как отрицательным электродом. Рис. 6a — CV кривые углеродной сферы и электродов NiCo-LDH-1 при 10 мВ/с. Углеродная сфера и электроды NiCo-LDH-1 с окном потенциалов −1–0 и 0–0,5 В могут быть собраны в стабилизирующее устройство с расширенным напряжением 1,5 В эффективно, как показано CV кривыми при 10 мВ/с устройства на рис. 6b.

Сравнивая рис. 6a, b, наблюдаются два основных различия в окне потенциалов и форме CV кривой. Причины этих различий кроются в следующих аспектах: 1) Относительно насыщенного каломельного референс-электрода, окно напряжения одиночного NiCo-LDH-1 и углеродных сфер электрода составляет 0–0,4 и −1–0 В в трехэлектродной системе соответственно. Однако после того как мы используем NiCo-LDH-1 как положительный электрод для изготовления двухэлектродного асимметричного суперконденсатора с углеродными сферами как отрицательным электродом, окно напряжения устройства относительно отрицательного электрода (а именно углеродных сфер с потенциальным диапазоном −1–0 В). Следовательно, после балансировки зарядов устройство, собранное двумя электродами с противоположными процессами, может работать под окном потенциалов 0–1,4 В. 2) Как показано на рис. 6b, CV кривые асимметричного суперконденсатора показывают пару четких пиков под разными скоростями сканирования, что подтверждает типичные фарадовые псевдоемкостные характеристики, вносимые NiCo-LDH-1. Более того, более четкая квазипрямоугольная CV кривая, а также приближенно линейный процесс заряда и разряда на рис. 6b, c для асимметричного суперконденсатора по сравнению с тем для NiCo-LDH-1 дополнительно подтверждают улучшенную емкостную отзывчивость за счет эффекта двойного электрического слоя, генерируемого углеродными сферами. Таким образом, изготовленный асимметричный суперконденсатор демонстрирует вариацию внешнего вида CV кривой относительно одиночных электродов NiCo-LDH-1 и углеродных сфер. Это результатом объединения превосходств двух электродных материалов с разнообразными механизмами накопления заряда. С этим преимуществом напряжение устройства может быть улучшено, поэтому способствуя повышению удельной мощности и энергии.

GCD кривые при разных плотностях тока показаны на рис. 6c с диапазоном напряжения 0–1,4 В. Согласно расчетам, удельные емкости асимметричного суперконденсатора составляют 95 (132,9) и 57 Ф/г (79,75 Кл/г) под плотностями тока 1 и 5 А/г соответственно. Максимальная удельная энергия составляет 25,9 Вт·ч/кг при удельной мощности 701,6 Вт/кг. В то же время, низкочастотная кривая EIS, показанная во вставке рис. 6d, почти вертикальна, что указывает на то, что ионы электролита имеют отличную способность перемещения между положительным и отрицательным электродами. Циклическая стабильность устройства также оценивается повторным тестом заряда и разряда при 10 А/г. Как показано на рис. 6d, удержание емкости выше 78% после 1000 циклов.

Заключение

Простой и эффективный одноступенчатый гидротермальный метод используется для синтеза разнообразных NiCo-LDHs. Наноструктуры NiCo-LDHs могут быть настроены оптимизацией содержания мочевины, тем самым улучшая их электрохимическую производительность как электродных материалов. Последствия структурных характеристик показывают, что с уменьшением содержания мочевины нанолисты NiCo-LDH-1 демонстрируют хорошо улучшенную дисперсию и формируют тонкую пористую структуру с толщиной всего 1,62 нм, что создает больше активных центров для оксидно-восстановительной реакции, усиливает сродство между электролитом и электродным материалом, сокращает ионный диффузионный путь и улучшает электронную передаточную способность. NiCo-LDH-1 демонстрирует отличную удельную емкость 3982,5 Ф/г при плотности тока 1 А/г и выше 93,6% коэффициент удержания емкости за 1000 циклов под высокой плотностью тока 10 А/г. Отличная электрохимическая производительность NiCo-LDH-1 дополнительно подтверждается изготовлением двухэлектродного асимметричного суперконденсатора с углеродными сферами. Удельная емкость составляет 95 Ф/г при 1 А/г, и коэффициент удержания емкости выше 78% за 1000 циклов. Эти результаты указывают на то, что NiCo-LDHs являются материалами следующего поколения для накопления энергии с большими перспективами применения и предоставляют высокую возможность для разработки высокоэнергетических суперконденсаторов.