超薄镍钴磷酸盐纳米球与多孔氧化锰纳米纤维层状异质结构作为高性能柔性电化学储能器件电极材料

为解决柔性电子器件对高机械稳定性和高能量密度储能材料的需求，研究人员通过两步溶液生长法在Au/PET基底上构建了MnO2/NiCo-磷酸盐层状异质结构电极。该材料展现出268.3 mAh g?1的高比容量和1882 F g?1的优异电容性能，组装的混合柔性全电池在15,000次循环后仍保持81.9%的容量，为可穿戴设备提供了新型电极解决方案。

　　

随着智能手表、电子皮肤等柔性电子设备的普及，传统刚性储能器件难以满足其反复弯折的需求。尽管过渡金属磷酸盐(TMP)因其开放框架结构和PO₄^3?的插层特性展现出高理论容量，但单一金属磷酸盐存在离子传输速率低的问题。更棘手的是，柔性器件要求材料在机械形变下仍能保持稳定的电化学性能，这对电极设计提出了严峻挑战。

智利的研究团队Saheed A. Adewinbi等人在《Journal of Energy Storage》发表研究，创新性地将超薄镍钴磷酸盐(NiCo₂(PO₄)₂)纳米球与多孔MnO₂纳米纤维结合，通过无电沉积和电沉积两步法构建层状异质结构。这种设计既保留了TMP的高能量密度优势，又通过MnO₂的伪电容特性提升了功率密度，最终制备的柔性全电池实现了15.51 μWh cm^?2的能量密度和48小时浮充测试后75.5%的电压保持率。

关键技术包括：1) 在Au/PET柔性基底上通过柠檬酸钠调控的化学浴沉积制备NiCo₂(PO₄)₂纳米球底层；2) 恒电位电沉积构建MnO₂纳米纤维覆盖层；3) 以C@PANI为负极组装非对称全电池；4) 采用弯曲测试和浮动电压测试评估机械/电化学稳定性。

Results and discussion
通过SEM观察到NiCo₂(PO₄)₂底层由粒径约50 nm的粗糙纳米球组成，比表面积达188 m²/g，XPS证实了Ni²⁺/Co²⁺与PO₄^3?的成功配位。电化学测试显示，单独NiCo₂(PO₄)₂电极在1 A g^?1下提供188 mAh g^?1容量，优于单金属磷酸盐。

Conclusion
MnO₂纳米纤维层的引入使复合电极容量提升42.7%，这归因于：1) MnO₂的快速表面氧化还原反应与TMP的体相储能协同；2) 纳米纤维网络促进电解质渗透；3) 异质界面优化电荷转移阻抗。组装的柔性器件在180°弯曲500次后容量无衰减，实际演示中成功为LED阵列供电。

该研究为破解柔性储能器件"高能量密度-高机械稳定性"不可兼得的难题提供了新思路，其无粘结剂制备工艺更具产业化潜力。特别是MnO₂/TMP异质结构设计策略，可拓展至其他多金属磷酸盐体系，为下一代可穿戴能源器件开发指明方向。