【摘 要】
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能源储存器件在日常生活中变得越来越重要,如铅酸电池、干电池、及超级电容器（SC）等。其中SC具有高功率密度、安全等特点,逐渐成为研究热点。在SC研发过程中主要需要解决电极材料导电性差、倍率性能低及循环寿命短等问题。过渡金属氧化物（TMO）是具有潜力的SC电极材料,制备方法也较简单。金属阳离子与电解质之间快速的氧化还原反应会在材料表面或体相内发生,由此产生较高的理论能量密度。通过泡沫铜（CuF）基底
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（51602116）； 安徽省自然科学基金资助项目（1708085QB40）；
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能源储存器件在日常生活中变得越来越重要,如铅酸电池、干电池、及超级电容器（SC）等。其中SC具有高功率密度、安全等特点,逐渐成为研究热点。在SC研发过程中主要需要解决电极材料导电性差、倍率性能低及循环寿命短等问题。过渡金属氧化物（TMO）是具有潜力的SC电极材料,制备方法也较简单。金属阳离子与电解质之间快速的氧化还原反应会在材料表面或体相内发生,由此产生较高的理论能量密度。通过泡沫铜（CuF）基底原位生长过渡金属氧化物的方法,有望制备出符合实际应用的高性能电极材料。主要研究内容如下:（1）首先用溶液法一步氧化干净的CuF基底,在表面生长出Cu（OH）2纳米棒阵列,然后再通过简单的溶液法将Ni元素加入电极材料中,最后利用电化学氧化法,激活电极材料,得到3D CuNi-hybrid纳米棒阵列电极。整个制备过程要求在室温下进行,这与溶剂热反应、退火过程及其他合成方式相比可以大大减少能耗、时间等。这样制备出的电极既具有较大的比表面积,又具有良好的电荷存储性能,其性能优于单一的铜或镍所表现出性能。在电解质为1M KOH溶液中,当电流密度为2 m A·cm-2时,CuNi-hybrid/CuF纳米棒阵列电极材料的比容量达到2420 m C·cm-2。（2）构建HSC将CuNi-hybrid作为正极,活性炭（AC）作为负极。两电极材料需要满足电荷平衡原理,利用正极和负极电极材料对应电压不同,从而达到拓宽电压窗口的目的。探究其作为器件使用的实际价值。因为正极材料是原位生长的结构,附着力强,所以避免了粘结剂和导电剂的使用。对电容器进行电化学测试发现其比电容可以实现在电流密度为5 m A·cm-2时比容量达到2050 m C·cm-2,能量密度为420μWh·cm-2,功率密度达到2297μW·cm-2。在经过1000次循环稳定性测试后能够维持在初始值的82%,显示出一定应用价值。
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