近日，四川省非金属复合与功能材料重点实验室——省部共建国家重点实验室培育基地（简称“材料国重实验室”）裴重华教授课题组与南京大学环境材料与再生能源研究中心周勇教授课题组合作，通过材料微观结构设计，制备出了三维微/纳米阵列结构的碳基四氧化三钴复合电极材料，该电极材料极大地改善了电极反应过程中离子的动力学行为，能有效解决超级电容器离子扩散效率低的问题。

该研究成果发表在纳米能源领域顶尖期刊《Nano Energy》，题目为Multi-Channeled Hierarchical Porous Carbon Incorporated Co3O4 Nanopillar Arrays as 3D Binder-Free Electrode for High Performance Supercapacitors，DOI:10.1016/j.nanoen.2015.11.038。

《Nano Energy》是中国科学院JCR分区工程技术类一区TOP期刊，期刊影响因子10.33。这是材料国重实验室今年上半年在Small期刊(影响因子8.36)发表高水平论文后的又一新突破！

（王娟 编辑）（材料国重实验室 供稿）

文章链接：http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285515004747）

成果介绍：

超级电容器因其率密度高、充电时间短、使用寿命长以及工作范围广泛等优势，在众多储能器件中占有重要地位。以其为代表的电化学储能系统不仅需要材料具有高的理论容量，还要求材料具有合理的结构，只有这样才能有效权衡超级电容器的能量密度和功率密度，满足器件对化学电源的要求。然而，目前超级电容器电极材料多为实心结构，导致电极反应中离子的扩散效率较低，严重制约了材料的电化学性能。

为了解决这一问题，裴重华教授领导的科研团队从材料的微纳米结构设计出发，通过水热法制备出了具有三维微/纳米阵列结构的碳基四氧化三钴复合材料。与普通的电极材料相比，该材料具有连续的离子通道，即微/纳米阵列之间的大通道及其内部的小通道。当材料的内部管道被电解液浸润之后，离子可以同时从材料外表面和管道内表面向管壁扩散，从而显著减小了离子的扩散距离和扩散阻力，提高了材料的孔隙利用率。此外，该材料还具有大孔-介孔-微孔的多级孔结构。其中，大孔能够储存离子源和电解液，介孔贡献了有效的离子扩散通道，微孔提供了足够的反应接触面积，也使得离子的扩散距离大幅缩短，材料电化学性能得到有效提升。在未使用粘结剂的情况下，利用CWs-Co3O4作为超级电容器电极，在电流密度为0.5A/g时，其容量可达987.9F g-1，在2000次循环之后其容量保持率高达94.5%。该项工作所构筑的连续离子通道和多级孔结构，不仅可以显著提高超级电容器中电极反应的离子的扩散效率，而且为改善器件的整体动力学行为提供了新的思路，对于制备高性能能量存储器件具有重要意义。