CuNiSnP合金脱合金法制备NPC/非晶态Sn2 P2 O7 复合材料及其超级电容器性能研究

本研究针对高性能超级电容器电极材料开发需求，通过脱合金法从CuNiSnP非晶合金中制备NPC/非晶态Sn2 P2 O7 复合电极材料。采用CV、GCD和EIS技术系统评估其电化学性能，发现3小时部分脱合金处理的电极在5 mV s-1 扫描速率下获得269.36 mF cm-2 的最高比电容，且对称超级电容器在1.4 V电压窗口展现49.24 mF cm-2 的优异性能。该研究为开发新型焦磷酸盐基储能材料提供了创新策略。

　　

随着全球能源需求激增和可持续发展要求，开发高效储能设备成为研究热点。超级电容器(Supercapacitor)因其高功率密度、快速充放电和长循环寿命等优势备受关注，但其能量密度偏低制约了广泛应用。电极材料作为核心部件，金属氧化物和磷酸盐材料虽展现潜力，但存在导电性差、合成复杂等问题。特别是Sn基焦磷酸盐(Sn₂
P₂
O₇
)虽在电池领域有研究，其超级电容器应用尚未见报道。

针对这些挑战，罗马尼亚的研究团队创新性地采用脱合金(Dealloying)技术处理Cu₇₅
Ni₇
Sn₅
P₁₃
非晶带材，制备出纳米多孔铜(NPC)负载非晶态Sn₂
P₂
O₇
的复合电极材料。研究发现部分脱合金形成的金属间相可显著提升材料导电性，3小时处理的电极在1 M KOH电解液中展现出269.36 mF cm^-2
的优异比电容，且对称器件实现5.46 mW cm^-2
的功率密度。该成果发表于《Sustainable Energy Technologies and Assessments》，为开发新型焦磷酸盐基储能材料提供了新思路。

研究采用熔体快淬法制备非晶带材，通过控制硝酸腐蚀时间(3-24小时)实现梯度脱合金；利用XRD、FTIR和SEM-EDX进行结构表征；采用三电极体系测试CV、GCD和EIS性能；组装对称超级电容器评估实际应用表现。

结构表征结果
XRD分析显示脱合金过程中依次形成Cu₃
P、Cu₉
NiSn₃
等金属间相，24小时后仅剩纳米多孔铜。500°C氩气退火后出现三斜晶系Sn₂
P₂
O₇
特征峰。FTIR在552 cm^-1
和722 cm^-1
处的振动峰证实非晶焦磷酸盐形成。SEM显示3小时样品金属相富集，而24小时样品呈现均匀纳米颗粒分布。

电化学性能
CV曲线显示CSP-3h电极在5 mV s^-1
时电容值最高(269.36 mF cm^-2
)，Trasatti法计算其伪电容贡献达99.225%。GCD测试证实该电极在1 mA cm^-2
电流密度下比电容达268.7 mF cm^-2
，能量密度0.03768 mWh cm^-2
。EIS分析显示其电荷转移电阻仅1.35 Ω，远低于完全脱合金样品(32.5 Ω)。

对称器件表现
组装的CSP-12h//CSP-12h器件在1.4V窗口下电容达49.24 mF cm^-2
，功率密度5.46 mW cm^-2
。Nyquist图谱显示CSP-6h器件具有最低溶液电阻(0.1 Ω)。但循环测试发现3000次后容量保持率仅30.42%，表明长期稳定性仍需改进。

该研究首次将脱合金法制备的Sn₂
P₂
O₇
应用于超级电容器，证实部分脱合金形成的金属间相可提升导电性。通过Kirkendall效应和毛细管浸润机制阐明了材料形成过程，为开发非晶/纳米多孔复合电极提供了新范式。尽管循环稳定性有待提高，但129.33%的500次循环容量增长现象揭示了材料活化机制，为后续研究指明方向。这项工作不仅拓展了焦磷酸盐材料的应用场景，也为电子废弃物回收制备高性能电极材料提供了可行路径。