【引言】

电化学双电层电容器（EDLCs）具有很高的刊导功率密度和优越的循环寿命，成为重要的材料材料电能储存技术之一，在间歇性可再生能源的用于栖霞区汽车租赁大规模部署、智能电网和电动汽车中充当重要角色。高性

电容量、超牛充放电速率分别与材料的容器表面积、导电性成正相关，刊导因此，材料材料以活性炭、用于碳纳米管和交联多孔石墨烯等为代表的高性多孔碳材料常广泛用于EDLCs的电极材料。

另一类比表面积远超活性炭的超牛材料为金属有机框架（MOFs）。常规的容器MOFs具有很高的孔隙率，比表面积高达7000 m²/g，刊导有希望挑战碳材料在EDLCs中的材料材料地位，然而MOFs的用于栖霞区汽车租赁导电性限制其发展。

【成果简介】

最近，美国麻省理工学院Mircea Dincă教授课题组（通讯作者）在Nature Materials上发表题为“Conductive MOF electrodes for stable supercapacitors with high areal capacitance”的文章。研究人员制备具有高导电性的Ni₃(2,3,6,7,10,11-六胺三亚苯)₂（Ni₃(HITP)₂），并第一次全部采用这种纯MOFs作为电极材料（不添加导电剂和粘结剂）用于EDLCs。该MOFs基器件表现出比绝大部分碳基材料更高的面积容量，10000次循环后容量保持率高于90%，媲美商业化器件。

【图文导读】

图1：Ni₃(HITP)₂结构示意图

(a) Ni₃(HITP)₂的分子结构。

(b) 理想的Ni₃(HITP)₂空间填充图显示了细孔、电解质Et₄N⁺和BF₄^-、乙腈溶剂分子的相对大小。绿色、绿黄色、蓝色、灰色、棕色和白色小球分别代表Ni、F、N、C、B和H原子。

图2：Ni₃(HITP)₂粉末在三电极体系中的循环伏安曲线

在静止开路电位0.02 V开始以扫速10 mV/s分别从正向和负向提高电位限制。手动压片将Ni₃(HITP)₂粉末压进铂网获得~5 mg/cm²的工作电极。

图3：组装成对称超级电容器且电压提高至1 V时Ni₃(HITP)₂电极的性能

(a) 扫速10 mV/s下，逐渐提高电池电压的循环伏安曲线。在1 V左右CV曲线的矩形性发生轻微偏差归因于氧化还原过程。

(b) 在电流密度为0.5、1.0、2.0 A/g下的恒流充放电曲线。

(c) Nyquist图显示62 kHz-10 mHz范围内虚部对实部的阻抗。插图是高频区的放大图（62 kHz-1 Hz）。

(d) 在电流密度为2 A/g下循环10000次的容量保持率。

图4：对比不同EDLC材料的面积比容量

归一化相对比表面积的不同材料的面积比容量对比。

图5：Ni₃(HITP)₂对称超级电容器在1.5 V深循环前后的容量损失。

(a) 0-1.5 V测试的CV曲线，显示法拉第过程有明显的损失。

(b) 0-1.0 V测试的CV曲线，显示仅有双电层电容的损失。

【小结】

Mircea Dincă教授课题组的工作表明导电多孔MOF Ni₃(HITP)₂是很有希望的EDLCs活性材料。采用纯Ni₃(HITP)₂组装的非对称超级电容器达到非常高的面积比容量（~18 uF/cm²）和非常低的等效串联电阻。这是第一个基于非碳材料的EDLCs，这项工作确立导电MOF成为EDLCs的新成员。

文献链接：Conductive MOF electrodes for stable supercapacitors with high areal capacitance (Nat. Mater., 2016, DOI: 10.1038/NMAT4766 )

本文由材料人编辑部新能源学术组 蒜头 供稿，点这里加入材料人的大家庭。参与新能源话题讨论请加入“材料人新能源材料交流群 422065952”,欢迎关注微信公众号，微信搜索“新能源前线”或扫码关注。