南京工业大学材料科学与工程学院无机材料与工程系沈晓冬

baozhang

镍基化合物因其低廉的价格以及诱人的理论比容量，被广泛应用于碱性储能系统的正极材料。然而，超高质量比容量通常是在低载量（< 2 mg•cm−2）时获得的，导致较低面积比容量。在商业应用中，高载量下的高质量比容量是一个非常重要的参数。然而，当活性物质以高载量直接生长在集流体上时容易形成厚膜或厚堆，会阻碍电解质渗透到内部，也限制了电子的输送，导致性能严重低下。因此，核壳异质结构的设计是提高活性材料在高载量水平下利用率的有效方法。另一方面，测试材料性能之前的激活过程对材料组成结构的影响经常被忽略，从而导致构效关系分析合理性不完善。

        南京工业大学沈晓冬教授、胡秀兰教授课题组提出了一种在CuO纳米线阵列表面制备碱式镍钴硝酸盐纳米片的低温（60℃）化学浴沉积法。在此化学浴沉积中，将Ni/Co摩尔比为4:1的 Ni(NO3)2∙6H2O和Co(NO3)2∙6H2O溶解到70 mL乙醇和10 mL环氧丙烷的混合溶剂中后，Ni2+和Co2+在溶液中存在水解动态平衡（以Ni2+为例：[Ni(H2O)6]2+ ↔ [Ni(H2O)5OH]+ + H+），产生的H+离子会被环氧丙烷的开环反应消耗，导致平衡不断右偏，增加溶液碱性，得到的Ni4Co1-(NO3)2(OH)4@CuO碱式镍钴硝酸盐纳米片。在20圈循环伏安激活之后，Ni4Co1-(NO3)2(OH)4中的NO3−阴离子被电解质中的OH−阴离子所取代，而重构为具α-Ni(OH)2相的Ni4Co1-OH，并伴随着Co2+和Ni2+的结合能的改变。Ni4Co1-OH的负载量可高达7.7 mg•cm−2。在三电极测试中，在5 mA•cm−2的电流密度下质量比容量为363.6 mAh•g−1（4687 F•g−1），明显高于目前所报道的同类材料。该复合电极在碱性混合电容器和镍锌电池中均表现出良好的稳定性和高的能量密度（分别高达293.1和604.9 Wh•kg−1）。
       章信息：Yawei Yu, Xiulan Hu*, Shuai Wang, Handan Qiao, Zeyu Liu, Kefan Song & Xiaodong Shen*. High mass loading Ni4Co1-OH@CuO core-shell nanowire arrays obtained by electrochemical reconstruction for alkaline energy storage. Nano Research https://doi.org/10.1007/s12274-021-3547-0.