NiCo?O?@NiWO?/MXene//H-CNTs不对称超级电容器的构建与电化学性能研究

《Micromachines》：Design and Performance Study of a High-Energy Asymmetric Supercapacitor Featuring a Graded NiCo2O4@NiWO4/MXene Cathode and a Hydrophilic Carbon Nanotube Anode

　　为了设计一种具有高电容、高能量密度和优异循环稳定性的不对称超级电容器器件，构建并匹配了NiCo?O?@NiWO?/MXene三元复合阴极和亲水性碳纳米管（H-CNTs）阳极，并将其组装成器件。采用两步水热法结合高温退火制备了具有“纳米线@纳米片”核壳分级结构的NiCo?O?@NiWO?/MXene阴极，同时通过浓硝酸改性获得了亲水性碳纳米管。通过SEM、TEM、XRD、XPS以及氮气吸附-脱附测试，系统表征了电极材料的微观结构、晶体结构、元素价态和孔隙特征。结果表明，Ti?C?T? MXene的引入形成了有效的导电网络，同时核壳分级结构提供了丰富的电化学活性位点，使三元复合材料的比表面积增大至156.4 m2/g。在三电极体系中，NiCo?O?@NiWO?/MXene电极在1 A/g下表现出1830 F/g的比电容，在15 A/g下仍保持983 F/g；而H-CNTs阳极在1 A/g下提供774 F/g的比电容。基于正负极的工作电位窗口、比电容及电荷平衡关系，将活性物质质量比优化至约1:2.8。随后，采用“阴极-隔膜-阳极”层叠结构设计不对称超级电容器，以NiCo?O?@NiWO?/MXene为阴极，H-CNTs为阳极，玻璃纤维为隔膜，6 M KOH为电解液。组装后的NiCo?O?@NiWO?/MXene//H-CNTs器件在0–1.6 V电压窗口内稳定运行，在1 A/g下比电容达到256 F/g。该器件在功率密度为800 W/kg时，能量密度达91.0 Wh/kg，并在12000次充放电循环后保持初始电容的97.3%。这些结果表明，所提出的电极匹配与层叠结构设计能够有效提升不对称超级电容器的电容性能、储能能力和循环稳定性，为高性能超级电容器器件的设计与性能优化提供了有益依据。