如何利用好赝电容效应，提升电极性能？学术资讯

来源：材料科学与工程

导读：通过与磷高温反应，在块状TiO2上实现了异质结的构建，大大提升了材料的赝电容效应，明显增强了电极的储钠性能。这一研究大大开拓了人们对异质结的研究及赝电容效应的应用。良好的体积比容量也使得该材料设计思路具有极高的商业应用价值。

赝电容效应可以大幅提升负极材料的比容量和倍率性能。目前，具有赝电容效应材料的设计合成思路主要是通过将材料缩小到纳米尺寸，而这将导致电极的体积比容量降低和副反应的发生，使得该效应无法真正的被利用到商业电极材料上。

近日，浙江大学的吴浩斌及其团队通过与磷高温反应，成功实现了块状TiO2上的异质结构建。所形成的Ti-P中间相网络可以在充放电过程中实现钠离子的快速扩散传递，大大提高了电极的电化学性能，为赝电容效应的利用拓宽了思路。相关论文以题为“Interface-Induced Pseudocapacitance in Nonporous Heterogeneous Particlesfor High Volumetric Sodium Storage”在Advanced Functional Materials上发表。

可充电碱性离子电池，尤其是锂离子电池（LIBs）和钠离子电池（SIBs）已经成为目前的主流储能体系。而LIBs和SIBs中离子在电极材料中的扩散速率较慢，导致无法快速的充放电。解决这一问题的常见思路就是缩小材料的尺寸至纳米尺度以增加表面积，使得材料具有更多的界面以快速吸附额外的碱性离子，达到提高容量、缩短充放电时间的目的，而这种效应也就是赝电容效应。但是缩小材料的尺寸也往往意味着密度增加和副反应加剧，导致质量比容量和循环稳定性下降。如何更为合理的利用赝电容效应，已成为提高现有碱性离子电池性能的重要课题之一。

本文作者针对上述问题，制备了具有精巧异质结结构的非多孔大颗粒。通过纳米多孔TiO2与红磷一起高温煅烧，原位形成了连续的3D Ti-P中间相网络，助力材料在没有多孔渗入电解液的情况下实现钠离子的快速扩散。电化学结果显示该材料的在8 mg cm-2的面载量上面比容量远高于石墨电极，并且在0.2 A g-1的电流密度下循环400圈后体积比容量依旧保持月300mA h cm-3。通过赝电容容量/扩散容量比例计算发现赝电容贡献容量比例较对比样明显提升，此外钠离子扩散系数系数也证明该样品的钠离子扩散速率同样更高。

总的来说，作者以红磷改性的TiO2作为典型的例，对赝电容效应现存的问题提出了一种解决思路，明显提高了材料的体积比容量。独特的3D中间相网络使得非多孔大颗粒在保证自身密度的同时，同样可以发挥赝电容效应。该研究对赝电容效应的研究和应用是一种全新角度的探索，为之后将赝电容效应实际应用于商用电极提供了重要的参考。（文：Today）

图1 (a) P-TiO2的制备示意图；(b) ) P-TiO2的XRD图；(c) P-TiO2的TGA图；(d) P-TiO2的N2吸附曲线图；(e) P-TiO2的拉曼图；(f)-(g) P-TiO2的XPS图。

图2 (a)-(d) 为高温反应的TiO2的透射图；(e)-(P) P-TiO2的透射图和元素映射图。

图3样品的电化学性能及不同阳极材料在相同重量下的比较。

图4 (a)-(b) 赝电容贡献比例计算图；(c)-(d) 钠离子扩散计算结果；(e) P-TiO2的嵌钠/脱钠过程示意图。

来源：mse_material 材料科学与工程

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