高性能非對稱超級電容器——類普魯士藍空心微米管的通用性制備

在電化學儲能領域，具有可控組成的一維空心結構納米材料引起了人們的極大關注。近日，西北工業大學李賀軍院士團隊在SCIENCE CHINA Materials上發表研究論文，以靜電紡絲制備的聚丙烯腈(PAN)-醋酸鈷(Co(Ac)2)納米纖維為模板，首次采用簡易的自模板法制備了一維鐵氰化鈷(CoHCF)空心微米管。PAN-Co(Ac)2納米纖維模板與鐵氰化鉀溶液反應，合成了核殼結構的PAN-Co(Ac)2@CoHCF納米纖維；隨后，選擇性溶解去除PAN-Co(Ac)2芯部，從而得到CoHCF空心微米管。

圖1 CoHCF空心微米管的制備。

得益于其獨特的結構優勢，CoHCF空心微米管電極在Na2SO4電解液中表現出優異的電化學性能，如高比電容(281.8 F g?1@1 A g?1)，良好的速率性能和長時間循環穩定性(5000次循環后電容保持率為93%)。由CoHCF為正極和活性炭(AC)為負極組裝的非對稱超級電容器，具有43.9 W h kg?1的高能量密度、20 kW kg?1的功率密度以及長的循環壽命。更重要的是，這種通用性的自模板合成策略可以推廣到其他組可控的一維空心普魯士藍(PB)及其類似物(PBA)材料，因而在很多領域具有廣泛的應用前景。

圖2 (a) CoHCF和AC電極的CV曲線(掃描速率20 mV s?1)。(b) CoHCF//AC在不同掃描速率下的CV曲線。(c) 不同電流密度下的GCD曲線。(d) 比電容與電流密度關系。CoHCF//AC的循環穩定性(e)和Ragone曲線(f)。

該研究成果最近發表于Science China Materials, 2019, 10.1007/s40843-019-1251-8。