蒙脱石气凝胶基相变复合材料的创新合成及其高效热能存储性能研究

本研究针对传统电极材料离子/电子扩散效率低的问题，通过水热法在泡沫镍基底上构建CeO2@Co-Al LDH-NF低维聚集体电极材料，实现了无粘结剂直接应用。该材料在20 mA·cm?2高电流密度下循环3000次后库伦效率仍达99.18%，展现出优异的循环稳定性与能量密度（最高0.73 mAh·cm?2），为新型化学储能器件开发提供重要参考。

　　

随着全球能源结构向可再生能源转型，太阳能、风能等间歇性能源的并网对储能系统提出更高要求。传统电极材料因需添加粘结剂和导电剂，导致离子/电子传输效率低下，严重制约储能器件性能。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瓶颈。

中南民族大学的研究团队在《Journal of Energy Storage》发表创新成果，通过两步水热法在泡沫镍基底上构建了CeO₂纳米棒与Co-Al LDH纳米片的低维聚集体。这种独特的"一维+二维"结构不仅避免了传统电极制备中的粘结剂使用，更通过组分协同效应显著提升材料性能。研究采用XRD、FESEM和FIB-SEM确认材料结构，通过CV、GCD和EIS系统评估电化学性能。

关键技术包括：1) 泡沫镍基底酸洗预处理；2) CeO₂纳米棒水热生长；3) Co-Al LDH纳米片二次水热合成；4) 三电极体系电化学测试。

【材料表征】XRD显示28.7°、47.4°特征峰证实CeO₂成功负载，FESEM观察到纳米棒均匀分散于花瓣状LDH结构中，无团聚现象。

【电化学性能】在6 M KOH电解液中，材料展现典型电池型氧化还原峰。20 mA·cm^?2电流密度下能量密度达0.73 mAh·cm^?2（相当于2.63 mWh·cm^?2），3000次循环后容量保持率超99%。

【结论】该研究开创性地将CeO₂的快速电子传输与Co-Al LDH的高离子存储能力相结合，通过基底直接生长策略突破传统电极制备局限。这种无粘结剂电极设计理念为开发高稳定性储能器件提供了新思路，其0.16-0.73 mAh·cm^?2的可调能量密度特性更展现出在智能电网、新能源汽车等领域的应用潜力。研究获得国家自然科学基金联合基金(U2002215)等多项支持，相关技术已申请专利保护。