有机液相法制备三维花状氧化铁及其在超级电容器中的应用

刘春雷,蒙嘉豪

(湖北大学物理与电子科学学院，湖北 武汉 430062)

储能系统是替代能源的发展而出现的主要课题之一。超级电容器因其可以瞬间提供比电池更高的功率密度和比传统介质电容器更高的能量密度，这可能使它成为最重要的下一代储能设备[1-3]。铁氧化物在比电容和成本效益方面被认为是最有前途的赝电容器电极材料之一[4]。Nagarajan等成功制备了γ-Fe2O3薄膜，以0.25 M Na2S2O3为电解液，扫描速率为2 mV/s，获得了最高比电容210 F/g[5]。Kulal等在1 m NaOH电解液中研究了Fe2O3薄膜的超级电容性能，扫描速率为5 mV/s，比电容为178 F/g[6]。α-Fe2O3纳米管阵列在1.3 A/g时的比电容值为138 F/g，在12.8 A/g时的比电容值为91 F/g，循环稳定性良好(500次循环后电容保持率接近89%)[7]。Fe3O4薄膜在1 mol/L Na2SO3溶液中表现出典型的赝电容特性。在-1～0.1 V的电压范围内电流为6 mA时，该薄膜的比电容为118.2 F/g，循环500次后容量保持率为88.75%[8]。

在电极材料的各种形态中，由纳米级积木块分层组装而成的三维(3D)花状微/纳米结构，其总尺寸在微米级，具有比表面积高、易质量转化、易分离等吸附优点[9]。Cao等合成了花状的NiO中空团簇，并提出了形成中空纳米结构的奥斯特瓦尔德成熟机制,其具有高表面面积176 m2·g-1，在放电电流为5 A/g时显示出高的比电容585 F/g的和良好的循环稳定性[10]。3D花状硫化钴分层结构具有优越的超级电容性能，具有高比电容(在5 和100 mA·cm-2电流下分别为555和464 F/g)[11]。然而，关于三维花状微/纳米结构氧化铁的电容器性能却很少有人讨论。图1为三维花状氧化铁在水电解质中的放电机理，三维花状微/纳米结构氧化铁具有较高的比表面积，更有利于阳离子的表面吸附。……