Zn-BTC/Mg-Al LDH复合材料的协同整合用于先进电池-超级电容器混合储能系统

这种交融了电池特性与超级电容器优势的新式混合储能技术，已开展成为具备快速充电才能、长循环寿数以及高能量/功率密度等先进特性的尖端器材。本研讨经过水热法合成了锌-苯三甲酸金属有机结构（MOF）与镁铝层状双氢氧化物（LDH），并采用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）及能量色散X射线光谱（EDX）进行结构与描摹表征。在三电极系统中系统考察了MOF、LDH及其复合资料的电化学功能。经过将金属有机结构(MOF)与层状双氢氧化物(LDH)复合，本研讨展现了一种协同战略：该战略结合了离子可及多孔结构与氧化复原活性层状结构，从而提高整体电化学功能。研讨人员进一步在三电极混合超级电容器组件（以活性炭(AC)作为负极，构型为MOF/LDH//AC）中探求了复合资料的电化学协同效应。该器材表现出优异的能量密度（120 W·h/kg）与功率密度（4.8 kW/kg）。兼具氧化复原活性的MOF与LDH复合系统因其共同的资料协同效应，有望成为新一代混合超级电容器的理想挑选。这些发现将为储能技术领域新式资料的规划注入新的研讨动力。

引言

现代世界正阅历从传统燃料来源及其使用方法向可再生能源与电子工业的转型，这对先进高效储能设备提出了火急需求[1,2]。包含太阳能和风能在内的清洁能源所具有的间歇性特征，使得开发牢靠储能设备成为必然挑选。电化学电池与超级电容器已被公认为储能技术领域的两大前沿设备[[3], [4], [5]]，它们被视为更清洁且更适宜的储能解决方案。数据驱动的资料规划革新了锂离子电池（LIBs）多功能资料的优化进程[6]。因为超级电容器具有更高能效，现已被视为下一代储能技术。但是，离子在电池电极间嵌入/脱出时的迟缓氧化复原动力学约束了充放电电流与功率密度。此外，电极资料的相变会诱发枝晶成长，引发安全隐患，导致倍率功能低下和循环寿数缩短。相反，电化学超级电容器能有效应对电池引发的许多问题[7]。其静电储荷机制可完成快速充放电并具备高功率密度特性。商用碳基超级电容器在保持惊人倍率功能的同时，还能完成高循环寿数。但是，仅局限于电极表面的物理反应使超级电容器难以展现高能量密度特性。由此可见，不管是电池仍是超级电容器均无法独自满足需求。在这方面，任何将电池与超级电容器特性结合于单一器材的设备，终究都能解决二者独自使用时引发的顾忌[[8], [9], [10]]。经过混合化工艺可制备混合超级电容器/混合电池，使电池与超级电容器的优势互补并弥合其功能鸿沟，同时战胜各自缺陷。电池与超级电容器的特性——不管有利或有害——均归因于其所使用的资料。寻求更高功率的新式资料并解析其化学机理，是当时面临的中心挑战。
因为其优异的特性，如大量的氧化复原活性位点、结构多样性、可调节孔隙率、高比表面积以及多样化的拓扑结构，金属有机结构（MOFs）作为一类网络聚合物已获得广泛重视[11]。MOFs属于具有金属基有机连接体和次级构建单元（SBUs）的晶态资料，经过拼装形成网络结构。除燃料费存储、催化、传感、药物投递外，MOFs在电化学储能技术中的使用正成为一个新式领域[12,13]。多种MOFs资料因其卓越的电化学功能已被报导[14,15]。
多种金属氧化物因其高电化学动力学特性、多重氧化态、氧化复原活性实质以及提高混合超级电容器电荷存储功率的才能，已被广泛研讨[[16], [17], [18], [19], [20], [21]]。类似地，金属硫化物、硒化物和碲化物在超级电容器中的使用潜力也得到探求[[22], [23], [24], [25], [26]]。但是，多孔碳基资料仍是超级电容器器材中最常用的电极资料[27]。金属氢氧化物作为电池型正极资料被开发用于高效储能设备[28]。层状双氢氧化物（LDHs）由二价和三价金属阳离子与平衡层间正电荷的阴离子夹层构成。这类化合物通常以[