镍泡沫基底原位生长低维CeO2@Co-Al层状双氢氧化物复合材料及其高效储能特性研究

为解决传统电极材料因粘结剂和导电添加剂导致的离子/电子扩散效率低下问题，研究人员通过水热法在镍泡沫（NF）上原位生长一维CeO2纳米棒与二维Co-Al LDH花瓣状结构，构建了无粘结剂CeO2@Co-Al LDH-NF复合电极。该材料在20 mA·cm?2高电流密度下循环3000次后库仑效率仍达99.18%，展现出优异的循环稳定性和实际应用潜力。

　　

随着全球能源结构向可再生能源转型，太阳能、风能等间歇性电源的大规模并网对储能技术提出了更高要求。传统化学储能电极材料通常需要混合粘结剂和导电添加剂，这不仅增加了制备复杂度，更导致离子/电子传输效率降低。层状双氢氧化物(LDH)虽具有高比表面积和可调层间距的优势，但其导电性和循环稳定性仍是制约其应用的瓶颈。

中南民族大学（South-Central Minzu University）的研究团队创新性地采用水热合成技术，在镍泡沫（NF）基底上分步生长一维CeO₂纳米棒和二维Co-Al LDH纳米片，构建了具有低维团聚结构的CeO₂@Co-Al LDH-NF复合电极。该研究通过消除粘结剂界面电阻，实现了活性材料与集流体的直接耦合，相关成果发表于《Journal of Energy Storage》。

关键技术包括：1）镍泡沫基底酸洗预处理；2）CeO₂纳米棒的水热生长；3）Co-Al LDH的二次水热合成；4）通过场发射扫描电镜(FESEM)观察材料形貌；5）采用循环伏安(CV)、恒电流充放电(GCD)和电化学阻抗谱(EIS)评估电化学性能。

材料表征结果
XRD分析显示复合材料同时具备CeO₂（PDF #34-0394）和NF基底的衍射峰。FESEM证实CeO₂纳米棒均匀嵌入LDH花瓣状结构中，无团聚现象，FIB-SEM三维重构揭示了独特的"纳米棒-纳米片"互穿网络。

电化学性能
在6 M KOH电解液中，该电极展现出0.73 mAh·cm^?2的面容量（相当于2.63 mWh·cm^?2能量密度）。特别值得注意的是，在20 mA·cm^?2高电流密度下经过3000次循环后，容量保持率达初始值的91.7%，库仑效率稳定在99.18%，远优于传统混合电极材料。EIS测试显示其电荷转移电阻仅为1.8 Ω，证实了无粘结剂设计的优势。

结论与意义
该研究通过原位生长策略成功构建了具有分级结构的无粘结剂电极，CeO₂纳米棒与Co-Al LDH的协同效应不仅提供了丰富的氧化还原活性位点，其三维互穿网络更促进了电解质渗透和电子传输。相比Liu等报道的Ni-Al LDH/NF体系和Das等开发的CeO₂/NiV-LDH材料，本工作通过精确控制低维材料的空间排布，实现了储能性能的突破。这种"纳米棒支撑纳米片"的独特构型为设计新一代储能电极提供了新思路，对推动可再生能源的高效利用具有重要实践价值。