J. Rare Earths 成都理工大学张伟彬、柴珊珊：用于超长循环寿命电化学赝电容储能应用的CeO2-黏土复合材料

     2023年06月30日

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【文献信息】Shan-Shan Chai, Wei-Bin Zhang*, Jing-Lei Yang, Lun Zhang, Xiong-Wei Han, Myat Myintzu Theint, Xue-Jing Ma*. CeO₂-clay composites for ultralong cycle life electrochemical capacitive energy storage application. J. Rare Earths, 2023;41(5):728-739.

 

前  言

利用绿色资源发展高效电化学储能器件对实现可持续发展至关重要。电化学电容器弥补了二次电池、燃料电池的缺点，具有功率密度大、使用周期长、充放电快、安全性高等优点。提升储能性能是电化学电容器发展的主要方向，开发高容量、高能量、长循环的电极材料迫在眉睫。

 

图文摘要

 

本研究通过一步水热法制备了TO、TOT和TOTꞏO型黏土负载CeO₂复合材料并作为电化学电容器电极，该复合材料与活性炭组装的非对称电化学电容器表现出优异的循环寿命。

 

主要内容

 

电化学电容器因其满足未来更快电力传输、更高能源消耗和实际应用中更高稳定性的需求得到快速发展。稀土氧化物CeO₂制备简单、成本低廉，具有优异的氧化还原电容性能，是具备电化学储能潜力的电极材料。然而，由于Ce⁴⁺还原为Ce³⁺时发生晶格膨胀，以及CeO₂在水电解质中的不完全相容性，导致其理论和实际电化学性能之间存在差距。

成都理工大学张伟彬课题组基于黏土的高分散性、高比表面积、多孔结构、亲水性以及独特的层间结构，通过一步水热法制备了CeO₂-黏土复合材料，讨论了不同结构、不同形貌的黏土负载对于CeO₂电化学赝电容性能的影响，研究结果证明CeO₂与TOT型片状蒙脱土具有最优的协同效应，相比其他复合材料表现出更大的比表面积、更易于暴露反应活性位点的孔隙、更优异的电解液润湿性，因而电极材料表现出高的比电容和优异的长循环稳定性。在0.1 A/g电流密度下比电容为368.6 F/g，电流密度从0.1 A/g增加到1 A/g，质量比电容保持率为76.18%，经过60000次充放电后容量保持不变。此外，CeO₂-M//AC非对称电化学电容器在199.8 W/kg的功率密度下，能量密度可以达到499.88 Wꞏh/kg，证明黏土负载策略在实现CeO₂优异电化学性能方面的价值。