综述:MWCNT与LaNiO3-δ功能集成用于下一代高稳定性高能量密度全固态赝电容器

【字体: 时间:2025年06月26日 来源:Journal of Energy Storage 8.9

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  (编辑推荐)本研究开创性地设计了一种基于多壁碳纳米管(MWCNT)和氧缺陷钙钛矿(LaNiO3-δ)的纳米复合材料,通过协同效应实现73.37 Wh kg?1的高能量密度和3.2 V宽电位窗口,为下一代赝电容(pseudocapacitor)器件开发提供新范式。

  

Abstract
超级电容器虽具备高功率密度和快速充放电特性,但能量密度受限。本研究通过水热法合成MWCNT-LaNiO3-δ(LNO)纳米复合材料,XRD证实相纯度,Raman显示结构缺陷。SEM/TEM显示LNO在MWCNT基质中均匀分布,XPS揭示高Ni2+/Ni3+比与氧空位关联。三电极测试显示502 F g?1(1 A g?1),对称器件(SSC)在0.9 V下循环15,000次保持79.2%容量;非对称器件(ASSC)实现1.6 V窗口和73.37 Wh kg?1能量密度。采用[EMIM][TFSI]离子液体电解质时,电位窗口扩展至3.2 V。

Introduction
钙钛矿氧化物(ABO3)中,LNO因金属级导电性和Ni2+/Ni3+可逆氧化还原成为理想赝电容材料。氧空位工程与碳材料复合是提升性能的两大策略:MWCNT的1D结构优于0D量子点或2D石墨烯,能有效抑制纳米颗粒团聚并提升电子传导。相比Sm基钙钛矿,LNO-MWCNT复合材料首次被报道用于超级电容器,其氧空位促进OH-嵌入的体相赝电容机制。

Materials
实验采用高纯度La(NO3)3·6H2O和Ni(NO3)2·6H2O前驱体,柠檬酸作螯合剂,KOH为电解液。

X-ray diffraction and Raman analysis
XRD中MWCNT的26°(002)峰与LNO钙钛矿特征峰共存;Raman的D/G带(ID/IG=1.03)表明MWCNT缺陷位点增加,Eg振动模证实LNO晶格畸变。

Conclusions
MWCNT-LNO复合材料通过氧空位调控和导电网络构建,实现高能量密度与循环稳定性。该工作为开发高压全固态储能器件提供了材料设计新思路。

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