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Co3O4作為蓄電池充電機充電超級電容器正極材料，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注。然而，在實際應用中，Co3O4很難達到它的理論容量，文獻報道它的實際容量在300-1000 F g-1之間。造成這種理論與實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活性以及相對遲緩的反應動力學。此外，當晶粒較大的Co3O4用作蓄電池充電機充電超級電容器電極材料時，電解液是很難進入材料內部參與反應，而只是單純在表面進行氧化還原反應，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的導電性，許多研究者通過在Co3O4表面進行還原處理得到一定的氧空位，使得它的導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，它的實際容量仍然較低，尤其是當電極的負載量較大時。

為了解決上述兩個問題，并獲得高性能Co3O4電極材料，蘭州大學物理科學與技術學院彭尚龍教授和曹國忠教授合作開展了相關的研究工作，其研究成果以Low Crystalline Oxygen-vacancy-rich Co3O4 Cathode for High-Performance Flexible Asymmetric Supercapacitors為題發表在Journal of Materials Chemistry A上。該研究工作通過鈀誘導得到低結晶度和具有氧空位富足的Co3O4納米結構，并將其用作蓄電池充電機充電超級電容器電極材料。測試表明，相對于高結晶度Co3O4，低結晶度Co3O4的晶粒更小，晶格取向更雜亂，同時也引起Co3O4中氧空位含量的上升。使其作為蓄電池充電機充電超級電容器電極材料時擁有高的導電性，較小的電荷轉移電阻。在1 A g-1的電流密度下比容量可以達到1353  F g-1，面積比容量高達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，使得手表可長時間工作，展示了很好的應用前景。

【圖文導讀】


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元素精細譜。


圖3 Co3O4和Pd-Co3O4電化學性能測試
（a）電化學阻抗測試；
（b）循環伏安測試；
（c）恒流充放電測試；
（d）不同電流密度下容量；
（e）循環穩定性測試；
（f）機理解釋圖譜。


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

【小結】
為了提高Co3O4電極材料的導電性，以及電極材料的利用率，研究團隊通過引入金屬Pd得到了一種低結晶度氧空位富足的Co3O4電極，使得其比容量得到了極大的提高，達到了1353  F g-1，面積比容量高達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充電超級電容器表現出良好的柔韌性和實用性。