电化学双电层电容器(EDLCs)具有很高的功率密度和优越的循环寿命,成为重要的电化学储能技术之一,在间歇性可再生能源的大规模部署、智能电网和电动汽车等领域颇具前景。电容量、充放电速率分别与材料的表面积、导电性成比例相关,因此,以活性炭、碳纳米管和交联/多孔石墨烯等为代表的多孔碳材料被广泛用于EDLCs的电极活性材料。金属有机框架化合物(MOFs)由于比表面积远超过活性炭,也不失为一种优质的EDLCs预备电极材料。MOFs作为EDLCs电极材料的问题在于:孔隙度越高,导电性一般越差。
针对此问题,美国麻省理工学院 Mircea Dincă 课题组在前期新型MOF导电体研究基础上(J. Am. Chem. Soc., DOI:10.1021/ja502765n)进行改进,报道了一种具有高导电性的MOF材料Ni3(HITP)2(HITP= 2,3,6,7,10,11-hexaiminotriphenylene)可以作为EDLCs的电极材料。相关研究“Conductive MOF electrodes for stable supercapacitors with high areal capacitance”于10月10日在线发表在《自然·材料》期刊上(Nat. Mater., 2016, DOI: 10.1038/nmat4766)。
图1:Ni3(HITP)2结构示意图:(a) Ni3(HITP)2的分子结构;(b) 理想的Ni3(HITP)2空间填充图。图来源:Nature Materials
作者表示,在超级电容器领域,不需要导电添加剂或者额外粘结剂,利用纯MOFs作为电极活性材料尚属首次。这种基于MOF的ELDCs的面积比电容(areal capacitance)超过大部分碳基ELDCs,10000次循环后容量保持率仍高于90%,可媲美商业化器件。
对比不同EDLC材料的面积比容量,图来源:Nature Materials
该工作表明导电多孔MOF Ni3(HITP)2是很有希望的EDLCs活性材料,为超级电容器领域的发展提供了新的借鉴。
(综合材料牛、纳米人等报道)
相关阅读:物理学家组织网报道