近期，中科院合肥研究院固體所功能材料物理與器件研究部朱雪斌研究員課題組在氮化釩（VN）超級(jí)電容器材料研究方面取得進(jìn)展。科研人員首次采用溶液法在硅基片上制備了多孔VN薄膜，該薄膜顯示出優(yōu)異的超級(jí)電容器性能。相關(guān)研究結(jié)果以“Solution-processable hierarchical-porous vanadium nitride films on silicon substrates for highly efficient symmetric supercapacitors”為題發(fā)表在Journal of Power Sources上。

　　VN具有優(yōu)異的導(dǎo)電性、大的電壓窗口和高的理論比電容，是性能優(yōu)越的超級(jí)電容器電極材料。在硅基片上直接制備VN超級(jí)電容器薄膜電極，可實(shí)現(xiàn)微型超級(jí)電容器器件單元的構(gòu)筑，有望在芯片式電子器件和便攜式電子設(shè)備中得到應(yīng)用。目前，VN薄膜電極大都采用物理法制備，不僅難以實(shí)現(xiàn)薄膜形貌的有效調(diào)控，且限制了VN薄膜的性能提升。

　　科研人員采用化學(xué)溶液法在硅基片上成功制備了大尺寸、多級(jí)結(jié)構(gòu)的多孔VN薄膜，能有效提高離子與電子的傳輸，進(jìn)而提升性能。研究結(jié)果表明，在1M KOH電極液中，薄膜可達(dá)到60 mF cm-2的面積比電容。基于該薄膜構(gòu)筑的對(duì)稱固態(tài)超級(jí)電容器具有高的能量密度和功率密度，以及優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，且能夠通過器件串聯(lián)以有效拓寬電壓窗口，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)不同顏色的LED燈。

       該工作為實(shí)現(xiàn)低成本、高性能、適用于微型超級(jí)電容器用的電極材料提供了新思路。

　　上述工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金的支持。

　　文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2021.230269。

　　圖1. 多孔VN薄膜的（a）平面低放大倍數(shù)掃描電鏡結(jié)果，(b) 平面高放大倍數(shù)掃描電鏡結(jié)果，（c）橫截面高放大倍數(shù)掃描電鏡結(jié)果圖。

　　圖2. 對(duì)稱固態(tài)超級(jí)電容器性能測(cè)試：（a）串聯(lián)器件100 mV s-1掃速下的電容-電壓結(jié)果，（b）串聯(lián)器件1.0 mA cm-2電流密度下的充電-放電結(jié)果，（c-e）串聯(lián)器件驅(qū)動(dòng)不同顏色LED燈實(shí)物圖。