高性能非对称超级电容器用分级纳米花状NiCo2O4@NiCoMnS4异质结构复合材料的创新设计与性能研究

针对超级电容器电极材料导电性差、活性位点利用率低等问题，研究人员通过电沉积-热解-水热法在泡沫镍上构建了分级纳米花状NiCo2O4@NiCoMnS4(NCO@NCMS)异质结构。该材料在1 A g?1下展现2508 F g?1的超高比电容，组装的非对称超级电容器能量密度达65.99 Wh kg?1，循环2万次后容量保持率84.44%，为高性能储能器件开发提供新策略。

　　

能源危机与环境污染的双重压力下，开发高效储能技术成为全球科研热点。超级电容器因其功率密度高、循环寿命长等优势备受关注，但受限于电极材料性能瓶颈——传统过渡金属氧化物如NiCo₂O₄(NCO)虽理论容量高，却因导电性差、体积膨胀等问题导致实际性能远低于预期。如何通过材料设计突破这一瓶颈？郑州航空工业管理学院的研究团队在《Surfaces and Interfaces》发表的研究给出了创新答案：通过构建分级异质结构，将NCO与三元硫化物NiCoMnS₄(NCMS)复合，实现了材料性能的飞跃。

研究采用电沉积-热解联用技术先在泡沫镍上生长NCO纳米片组装的纳米花，再通过水热法在其表面沉积NCMS，形成三维多孔异质结构。这种设计巧妙结合了NCO的高理论容量和NCMS的优异导电性，通过界面协同效应提升整体性能。

材料生长过程分析
通过扫描电镜观察到NCO@NCMS保持纳米花形貌，但NCMS的引入使纳米片表面粗糙度显著增加。X射线衍射证实两相成功复合，且NCMS的沉积未破坏NCO晶体结构。比表面积测试显示复合材料的孔隙体积达0.28 cm³ g^?1，为离子传输提供丰富通道。

电化学性能研究
在三电极体系中，复合电极在1 A g^?1电流密度下比电容达2508 F g^?1，远超纯NCO(1564 F g^?1)。即使在20 A g^?1高倍率下仍保持81.7%容量，表明异质结构有效提升了倍率性能。电化学阻抗谱显示复合材料的电荷转移电阻仅1.2 Ω，比NCO降低60%。

器件性能验证
组装的NCO@NCMS//AC非对称超级电容器在1.6 V电压窗口下工作，能量密度达65.99 Wh kg^?1（功率密度799.87 W kg^?1），循环2万次后容量保持率84.44%，库伦效率始终高于99%。

结论与意义
该研究通过界面工程构建的NCO@NCMS异质结构，实现了三大突破：①多级孔隙促进离子扩散；②两相电子耦合降低界面电阻；③结构缓冲效应抑制体积变化。这不仅为高性能超级电容器电极设计提供新思路，其"基底修饰-异质复合"的策略还可推广至其他储能材料体系。论文通讯作者Jiehu Cui指出，该材料制备工艺简单、成本可控，具备工业化应用潜力，未来通过优化电解质匹配有望进一步提升器件能量密度。