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Co3O4作為蓄電池充電機(jī)充電超級(jí)電容器正極材料，由于本身具有較高理論容量(3560 F g-1)，和簡單的制備方法，引起了研究人員的廣泛關(guān)注。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，Co3O4很難達(dá)到它的理論容量，文獻(xiàn)報(bào)道它的實(shí)際容量在300-1000 F g-1之間。造成這種理論與實(shí)際值相差較大的主要原因是Co3O4本身是一種氧化物，極大地限制了電子的快速傳輸，造成相對較低的電化學(xué)活性以及相對遲緩的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。此外，當(dāng)晶粒較大的Co3O4用作蓄電池充電機(jī)充電超級(jí)電容器電極材料時(shí)，電解液是很難進(jìn)入材料內(nèi)部參與反應(yīng)，而只是單純在表面進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，這造成了電極材料極低的利用率，使得相對容量急劇下降。為了提高Co3O4的導(dǎo)電性，許多研究者通過在Co3O4表面進(jìn)行還原處理得到一定的氧空位，使得它的導(dǎo)電性得到了較大的提升，但是材料的利用率卻沒有得到提高，因此，它的實(shí)際容量仍然較低，尤其是當(dāng)電極的負(fù)載量較大時(shí)。

為了解決上述兩個(gè)問題，并獲得高性能Co3O4電極材料，蘭州大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院彭尚龍教授和曹國忠教授合作開展了相關(guān)的研究工作，其研究成果以Low Crystalline Oxygen-vacancy-rich Co3O4 Cathode for High-Performance Flexible Asymmetric Supercapacitors為題發(fā)表在Journal of Materials Chemistry A上。該研究工作通過鈀誘導(dǎo)得到低結(jié)晶度和具有氧空位富足的Co3O4納米結(jié)構(gòu)，并將其用作蓄電池充電機(jī)充電超級(jí)電容器電極材料。測試表明，相對于高結(jié)晶度Co3O4，低結(jié)晶度Co3O4的晶粒更小，晶格取向更雜亂，同時(shí)也引起Co3O4中氧空位含量的上升。使其作為蓄電池充電機(jī)充電超級(jí)電容器電極材料時(shí)擁有高的導(dǎo)電性，較小的電荷轉(zhuǎn)移電阻。在1 A g-1的電流密度下比容量可以達(dá)到1353  F g-1，面積比容量高達(dá)4.6  F cm-2。基于此電極材料組裝了柔性非對稱器件(Pd-Co3O4//碳布)，并將其制作成手表腕帶，使得手表可長時(shí)間工作，展示了很好的應(yīng)用前景。

【圖文導(dǎo)讀】


圖1 Co3O4和Pd-Co3O4掃描和透射圖
（a-e）Pd-Co3O4掃描和透射圖；
（f）Co3O4透射圖；
（g-j）Pd-Co3O4元素分布圖。


圖2 Co3O4和Pd-Co3O4XRD和XPS圖譜
（a）XRD圖譜；
（b）XPS光譜；
（c-f）XPS元素精細(xì)譜。


圖3 Co3O4和Pd-Co3O4電化學(xué)性能測試
（a）電化學(xué)阻抗測試；
（b）循環(huán)伏安測試；
（c）恒流充放電測試；
（d）不同電流密度下容量；
（e）循環(huán)穩(wěn)定性測試；
（f）機(jī)理解釋圖譜。


圖4 非對稱器件(Pd-Co3O4//碳布)電化學(xué)性能測試
（a） 不同電壓窗口下的循環(huán)伏安測試；
（b）恒流充放電測試；
（c）倍率性能；
（d）循環(huán)穩(wěn)定性；
（e）能量密度和功率密度；
（f）柔韌性測試和實(shí)用性測試。

【小結(jié)】
為了提高Co3O4電極材料的導(dǎo)電性，以及電極材料的利用率，研究團(tuán)隊(duì)通過引入金屬Pd得到了一種低結(jié)晶度氧空位富足的Co3O4電極，使得其比容量得到了極大的提高，達(dá)到了1353  F g-1，面積比容量高達(dá)4.6  F cm-2；基于此電極材料組裝的非對稱柔性蓄電池充電機(jī)充電超級(jí)電容器表現(xiàn)出良好的柔韌性和實(shí)用性。