二维过渡金属氧族化合物由于其独特的物化性能，近年来作为超级电容器法拉第电极材料受到了越来越多的关注。目前在锂电池中作为阳极使用的NiSe、Bi₂Se₃ 等材料虽可提供较大的比容量，但普遍存在稳定性差、制备方法复杂、循环寿命短等制约因素。如何通过选择适合的赝电容材料、扩大器件的电压窗口，在保证器件循环寿命和功率密度的前提下，获得更高的能量密度，已成为了目前超级电容器领域亟待解决的难题。

与此同时，全固态电解质的发展，为超级电容器的便携化与可穿戴化提供了有力的保障。但大多单一组分的凝胶基固态电解质难以兼顾力学性能与离子电导率。因此，发展同时具有优越力学性能和高离子电导率的多组分全固态电解质，对于对称和非对称超级电容器的效能都会产生良好助力。

最近，美国阿克伦大学巩雄教授（点击查看介绍）团队通过简单的水热合成法，在片层石墨烯（Graphene nanoribbon, GNR）上生长Co_0.85Se 和 Bi₂Se₃，得到Co_0.85Se/GNR 和Bi₂Se₃/GNR复合电极材料 （图1）。在碱性工作环境中，Co_0.85Se/GNR电极表现出了76.4 mAh/g的比容量，Bi₂Se₃/GNR电极表现出了100.2 mAh/g的比容量。

图1. 复合电极材料与改性高分子隔膜的合成示意图

在此基础之上，研究人员将Co_0.85Se/GNR 和Bi₂Se₃/GNR 复合电极分别作为正极与负极用于非对称超级电容器的构筑。接枝改性的高分子膜同时作为电池隔膜与全固态电解质为该器件提供了良好的力学与电化学性能。组装后的器件工作窗口可达1.6V；并能同时实现较高的能量密度（30.9 Wh/kg）和功率密度（559 W/kg）；而且在经过5000次充放电循环后器件仍能保持89%的容量。

该成果近期在线发表在Advanced Functional Materials 上，文章的第一作者是阿克伦大学硕士研究生陈致远和杨永瑞。

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All-Solid-State Asymmetric Supercapacitors with Metal Selenides Electrodes and Ionic Conductive Composites Electrolytes

Zhiyuan Chen, Yongrui Yang, Zhihao Ma, Tao Zhu, Lei Liu, Jie Zheng, Xiong Gong

Adv. Funct. Mater., 2019, 29, 1904182, DOI: 10.1002/adfm.201904182

导师介绍

巩雄

https://www.x-mol.com/university/faculty/75543

课题组链接

http://ohme.uakron.edu