侯從聰，王惠穎，李婷婷，張志明，常春蕊，安立寶

（1.華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，2.材料科學(xué)與工程學(xué)院，3.理學(xué)院,唐山 063210）

超級(jí)電容器作為一種綠色環(huán)保儲(chǔ)能設(shè)備，具有充放電速度快、功率密度及循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)異特性［1～3］.但較低的能量密度限制了其廣泛應(yīng)用，而提高電極材料的比電容是提升其能量密度的重要途徑［4］.根據(jù)儲(chǔ)能性質(zhì)的不同，電極材料通常包含以碳材料為主的雙電層電容器電極材料，以及過(guò)渡金屬氧化物、導(dǎo)電聚合物和層狀雙氫氧化物（LDH）等贗電容器電極材料［5］.然而，碳材料的比電容較低，而過(guò)渡金屬氧化物和層狀雙氫氧化物的導(dǎo)電性較低，循環(huán)穩(wěn)定性較差［6］.因此，將上述兩種電極材料復(fù)合是提高電極材料比電容和電容器能量密度的有效途徑.

碳納米管（CNTs）因具有高導(dǎo)電性、獨(dú)特中空結(jié)構(gòu)和較大長(zhǎng)徑比而被廣泛用于制備電極材料［7～9］.但CNTs的比電容較低，將其單獨(dú)作為電極材料時(shí)，電化學(xué)性能無(wú)法滿足實(shí)際需要［10］.氮摻雜是提高CNTs比電容和電導(dǎo)率的有效途徑.由含氮高分子聚合物經(jīng)高溫碳化得到的氮摻雜碳納米管（N-CNTs）不僅具有較高的電導(dǎo)率［11］，而且摻雜的氮元素還可以改善CNTs的表面潤(rùn)濕性，為材料引入贗電容［12］.近年來(lái)，含有過(guò)渡金屬的LDH因具有層間距可調(diào)、理論比電容高和制備成本低等特點(diǎn)而被廣泛研究，其中，鎳和鈷的高化學(xué)活性使得鎳鈷層狀雙氫氧化物（NiCo-LDH）備受關(guān)注［13，14］.然而，NiCo-LDH較低的電導(dǎo)率和嚴(yán)重的層疊現(xiàn)象，使其表現(xiàn)出較差的倍率性和穩(wěn)定性［15，16］.研究表明，將導(dǎo)電性能優(yōu)異的碳材料作為基底與NiCo-LDH復(fù)合，可以產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，提高所制備電極材料的比電容和穩(wěn)定性.Yang等［17］通過(guò)水熱法合成了鎳鈷層狀雙氫氧化物/生物質(zhì)碳（NiCo-LDH@BC）復(fù)合材料，其比電容為606.4 F/g.Chen等［18］采用溶劑熱法將活性生物碳與NiCo-LDH進(jìn)行復(fù)合，該復(fù)合電極在1 A/g電流密度下，比電容可高達(dá)947 F/g.Lai等［19］采用靜電紡絲技術(shù)和溶液共沉積法制備了碳納米纖維@鎳鈷層狀雙氫氧化物納米片（CNF@Ni-Co LDH NS），碳納米纖維的加入明顯提高了Ni-Co LDH NS的循環(huán)穩(wěn)定性.然而，以N-CNTs為導(dǎo)電基底，復(fù)合NiCo-LDH制備電極材料還鮮有報(bào)道，具有進(jìn)一步探索的價(jià)值.

本文通過(guò)原位聚合法制備了聚吡咯（PPy）納米管，并經(jīng)高溫碳化得到N-CNTs，然后將N-CNTs作為導(dǎo)電基底，采用共沉淀法與NiCo-LDH進(jìn)行復(fù)合，構(gòu)造出具有三維互聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的N-CNTs/NiCo-LDH復(fù)合材料，并探究了鎳鈷摩爾比對(duì)N-CNTs/NiCo-LDH復(fù)合材料形貌結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

甲基橙（MO，分析純）、氨水（NH3·H2O，質(zhì)量分?jǐn)?shù)25%）、氫氧化鉀（KOH，分析純）和無(wú)水乙醇（CH3CH2OH，分析純）均購(gòu)自天津永大化學(xué)試劑廠；無(wú)水三氯化鐵（FeCl3，分析純）、吡咯（Py，分析純）、聚乙烯醇1799（PVA，純度≥99%）、乙炔黑（分析純）和聚四氟乙烯乳液（PTFE，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%）均購(gòu)自上海麥克林生化科技有限公司；六水合硫酸鎳（NiSO4·6H2O，純度＞98.5%）和七水合硫酸鈷（CoSO4·7H2O，純度＞99.5%）均購(gòu)自天津光復(fù)精細(xì)化工研究所；活性炭（AC，YP-50F），購(gòu)自日本可樂(lè)麗有限公司；碳布（WOS1009），購(gòu)自臺(tái)灣碳能科技有限公司；去離子水為自制.

Scios型掃描電子顯微鏡（SEM）和能量色散光譜儀（EDS），F(xiàn)EI捷克有限公司；D/MAX2500PC型X射線衍射儀（XRD），日本理學(xué)株式會(huì)社；VERTEX70型傅里葉變換紅外光譜儀（FTIR），德國(guó)布魯克有限公司；DXR型拉曼光譜儀（Ruman），美國(guó)賽默飛世爾科技有限公司；CHI660E型電化學(xué)工作站，上海辰華儀器有限公司.

1.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

1.2.1 N-CNTs材料的制備 首先，在劇烈磁力攪拌下，將0.778 g FeCl3加入到100 mL 0.48 mmol/L的甲基橙水溶液中，攪拌30 min.然后，向溶液中滴加0.84 mL Py，室溫下攪拌24 h后，用無(wú)水乙醇和去離子水交替抽濾，直至濾液變?yōu)闊o(wú)色，干燥后即制得PPy-NTs.最后，將PPy-NTs在氬氣氣氛中以5℃/min的速率升溫到800℃，煅燒2 h，即制得N-CNTs材料.

1.2.2 不同鎳鈷摩爾比的NiCo-LDH和N-CNTs/NiCo-LDH材料的制備 首先，按摩爾比1∶2稱取NiSO4·6H2O和CoSO4·7H2O（共2.5 mmol），配制濃度為0.01 mol/L的硫酸鹽溶液；將50 mg N-CNTs加入上述硫酸鹽溶液中，超聲分散1 h.然后，將15 mL 1%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的氨水滴加到上述混合液中，在50℃的熱水浴中攪拌反應(yīng)2 h.最后，待反應(yīng)完成后進(jìn)行抽濾，將產(chǎn)物在60℃下烘干，所得材料記為N-CNTs/Ni1Co2-LDH.保持總摩爾數(shù)2.5 mmol不變，改變NiSO4·6H2O和CoSO4·7H2O的摩爾比分別為1∶0，2∶1和1∶1，采用相同方法制備出N-CNTs/Ni（OH）2，N-CNTs/Ni2Co1-LDH和N-CNTs/Ni1Co1-LDH復(fù)合材料.N-CNTs/NiCo-LDH的制備過(guò)程見(jiàn)Scheme 1.

Scheme 1 Preparation process of N-CNTs/NiCo-LDH

在不加入N-CNTs的情況下，按照相同方法制備出不同鎳鈷摩爾比的NiCo-LDH，分別記為N（iOH）2，Ni2Co1-LDH，Ni1Co1-LDH和Ni1Co2-LDH.

1.2.3 工作電極制備及超級(jí)電容器組裝 按照質(zhì)量比8∶1∶1將所制備的材料（或AC）、乙炔黑和PTFE乳液在研缽中混合均勻，并滴加無(wú)水乙醇攪拌成漿料，將其均勻刮涂在碳布上，涂覆面積為1 cm×1 cm，活性物質(zhì)負(fù)載量約為2 mg，80℃下干燥10 h，制得工作電極.將1 g PVA和1 g KOH溶解在10 mL的去離子水中，并在85℃下劇烈攪拌直至其變得透明，自然冷卻至室溫倒在聚四氟乙烯盤(pán)子上干燥，制得PVA-KOH凝膠.

將2 mol/L KOH溶液作為電解質(zhì)，將由N-CNTs/Ni1Co2-LDH所制備的工作電極作為正極，由AC所制備的工作電極作為負(fù)極，組裝成N-CNTs/Ni1Co2-LDH//AC水系混合型超級(jí)電容器（HSC）.采用相同的正負(fù)工作電極，將PVA-KOH凝膠作為電解質(zhì)和隔膜，組裝成N-CNTs/Ni1Co2-LDH//PVA-KOH//AC固態(tài)HSC.

1.2.4 電化學(xué)性能測(cè)試 將汞/氧化汞作為參比電極，鉑片作為對(duì)電極，2 mol/L KOH溶液作為電解質(zhì)，使用電化學(xué)工作站，采用三電極測(cè)試系統(tǒng)對(duì)工作電極進(jìn)行循環(huán)伏安（CV）、恒電流充放電（GCD）和電化學(xué)阻抗譜（EIS）測(cè)試.將由N-CNTs/Ni1Co2-LDH所制備的工作電極作為正極，由AC所制備的工作電極作為負(fù)極，同樣使用電化學(xué)工作站采用兩電極測(cè)試系統(tǒng)對(duì)水系HSC進(jìn)行CV，GCD和EIS測(cè)試.

2 結(jié)果討論

2.1 微觀形貌及晶體結(jié)構(gòu)表征

圖1（A）和（B）分別為PPy納米管和N-CNTs的SEM照片.由圖1（A）可以看出，PPy納米管呈管狀，長(zhǎng)度約為20～30 μm，管徑約為（400±50）nm，形成互聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu).如圖1（B）所示，N-CNTs管徑略有減小，這是由PPy的熱分解造成的.經(jīng)高溫?zé)崽幚砗螅琍Py納米管逐漸轉(zhuǎn)化為碳質(zhì)形式，其中一部分N元素以氮摻雜碳的形式得以保留，最終形成N-CNTs［20］.圖1（C）為N-CNTs的EDS譜，可見(jiàn)，N-CNTs主要包含C，N和O 3種元素，且氮摻雜量為6.86%.研究表明，由該方法所制得的N-CNTs中N元素主要以吡啶氮和吡咯氮的形式存在［20，21］.

Fig.1 SEM images of PPy nanotubes(A),N-CNTs(B)and EDS spectrum of N-CNTs(C)

圖2（A）～（D）分別為N-CNTs/Ni（OH）2，N-CNTs/Ni2Co1-LDH，N-CNTs/Ni1Co1-LDH和N-CNTs/Ni1Co2-LDH的SEM照片.可見(jiàn)，NiCo-LDH納米片原位生長(zhǎng)在N-CNTs上，N-CNTs的引入為NiCo-LDH納米片的生長(zhǎng)提供了附著位點(diǎn)，可有效避免NiCo-LDH的堆疊和團(tuán)聚，起到了導(dǎo)電通路的作用，縮短了電子傳輸路徑，且NiCo-LDH納米片也為材料提供了更多的電化學(xué)活性位點(diǎn).從圖中可以看出，鎳鈷摩爾比不同，復(fù)合材料的形貌呈現(xiàn)出明顯的差別.隨著鈷含量的增加，NiCo-LDH納米片變得松散，松散的結(jié)構(gòu)有利于增大活性物質(zhì)與電解質(zhì)之間的接觸面積，促進(jìn)電解質(zhì)的自由擴(kuò)散，進(jìn)而提高材料的電化學(xué)性能［22］.

Fig.2 SEM images of N-CNTs/Ni(OH)2(A),N-CNTs/Ni2Co1-LDH(B),N-CNTs/Ni1Co1-LDH(C)and N-CNTs/Ni1Co2-LDH(D)

通過(guò)EDS譜對(duì)不同鎳鈷摩爾比制備的N-CNTs/NiCo-LDH復(fù)合材料進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果顯示，復(fù)合材料中Ni和Co元素的實(shí)際摩爾比與理論摩爾比基本相符（圖S1，見(jiàn)本文支持信息）.

圖3（A）為N-CNTs/NiCo-LDH樣品的XRD譜圖.可見(jiàn)，位于10.2°，21.5°，33.7°和60.7°處的特征峰分別對(duì)應(yīng)類水滑石LDH的（003），（006），（101）和（110）晶面［13］.隨著鈷含量的增加，（003）晶面對(duì)應(yīng)的衍射峰向低角度發(fā)生了移動(dòng)，說(shuō)明晶面間距變大［16］.研究發(fā)現(xiàn)，晶面間距的增加有助于提高電極材料的氧化還原性，使其具有更高的電化學(xué)活性［5］.另外，譜圖中位于26°左右的N-CNTs的（002）特征峰很弱，主要原因可能是N-CNTs被LDH包裹，且兩者的特征峰相對(duì)強(qiáng)度差別較大.

Fig.3 XRD patterns of N-CNTs/NiCo-LDH(A),FTIR spectra of N-CNTs/NiCo-LDH(B)and Raman spectra of N-CNTs,Ni1Co2-LDH and N-CNTs/Ni1Co2-LDH(C)

不同鎳鈷摩爾比制備的N-CNTs/NiCo-LDH的FTIR光譜如圖3（B）所示.可見(jiàn)，3441 cm-1處出現(xiàn)了典型的O—H伸縮振動(dòng)峰，該峰來(lái)源于LDH中的羥基以及層間水分子［23］.1636 cm-1處的吸收峰是由N-CNTs中C=C鍵的彎曲振動(dòng)引起的.位于1119 cm-1處的特征峰歸屬于SO24-，說(shuō)明所制備的LDH為SO2-4插層［16］.657，620，524和470 cm-1處的特征峰是由NiCo-LDH晶格中金屬-氧的拉伸和彎曲振動(dòng)造成的，分別對(duì)應(yīng)于Ni—OH彎曲振動(dòng)、Co—OH彎曲振動(dòng)、Co—O伸縮振動(dòng)和Ni—O伸縮振動(dòng)［17］.圖3（C）為N-CNTs，Ni1Co2-LDH以及N-CNTs/Ni1Co2-LDH的拉曼光譜圖.N-CNTs的特征峰出現(xiàn)在1352和1580 cm-1處，分別對(duì)應(yīng)于D帶和G帶［24］.Ni1Co2-LDH的拉曼光譜中位于448和525 cm-1處的特征峰分別與Ni—O和Co—O振動(dòng)模式相匹配，表明制備得到了LDH［17］.另外，在N-CNTs/Ni1Co2-LDH的拉曼光譜中，可以觀察到Ni1Co2-LDH的特征峰較弱，這主要是因?yàn)镹-CNTs的拉曼光譜信號(hào)要比Ni1Co2-LDH強(qiáng)很多，在一定程度上掩蓋了Ni1Co2-LDH的特征峰.紅外光譜和拉曼光譜分析進(jìn)一步表明，N-CNTs與NiCo-LDH已復(fù)合.

2.2 電極材料的電化學(xué)性能

圖4（A）和（B）分別顯示了鎳鈷不同摩爾比制備的NiCo-LDH和N-CNTs/NiCo-LDH電極材料在5 mV/s掃描速率下的CV曲線.可見(jiàn)，所有CV曲線中均存在一對(duì)氧化還原峰，表現(xiàn)出明顯的贗電容特性［25］.可逆的氧化還原峰歸因于以下反應(yīng)［26］：

Fig.4 CV curves of NiCo-LDH(A)and N-CNTs/NiCo-LDH(B)at a scan rate of 5 mV/s

圖5（A）給出了Ni（OH）2，Ni2Co1-LDH，Ni1Co1-LDH和Ni1Co2-LDH在電流密度1 A/g下的GCD曲線.圖5（B）給出了N-CNTs/Ni（OH）2，N-CNTs/Ni2Co1-LDH，N-CNTs/Ni1Co1-LDH和N-CNTs/Ni1Co2-LDH在電流密度1 A/g下的GCD曲線.可見(jiàn)，所有GCD曲線均具有明顯的充電平臺(tái)，進(jìn)一步證明了電極的贗電容行為［27］.在1 A/g電流密度下，Ni（OH）2，Ni2Co1-LDH，Ni1Co1-LDH和Ni1Co2-LDH的比電容分別為564.0，719.8，883.8和984.6 F/g，而N-CNTs/Ni（OH）2，N-CNTs/Ni2Co1-LDH，N-CNTs/Ni1Co1-LDH和N-CNTs/Ni1Co2-LDH的比電容分別為751.2，907.2，1103.0和1311.8 F/g.經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)，電極材料的比電容隨鈷含量的增加而增大，復(fù)合電極顯示出增強(qiáng)的比電容，當(dāng)鎳鈷摩爾比為1∶2時(shí)性能表現(xiàn)最佳.這可歸因于N-CNTs與NiCo-LDH的協(xié)同效應(yīng)，N-CNTs的引入避免了NiCo-LDH的堆疊，縮短了離子和電子的擴(kuò)散路徑，NiCo-LDH納米片可為氧化還原反應(yīng)提供更多的活性位點(diǎn)，從而提高材料的電化學(xué)性能［16，28］.為了研究NiCo-LDH和N-CNTs/NiCo-LDH電極材料的倍率性能，分別考察了材料在1.0，2.0，3.0，5.0和10.0 A/g電流密度下的比電容變化情況（圖S2，見(jiàn)本文支持信息）.結(jié)果顯示，Ni（OH）2的倍率性能極差，當(dāng)電流密度為5 A/g時(shí)，電容保持率僅為46.1%.隨著鈷含量的增加，Ni2Co1-LDH，Ni1Co1-LDH和Ni1Co2-LDH的電容保持率分別為56.5%，55.7%和74.1%.復(fù)合N-CNTs后，N-CNTs/NiCo-LDH的倍率性能均有不同程度的提升，其中N-CNTs/Ni1Co2-LDH的倍率性能最好，當(dāng)電流密度增加到10 A/g時(shí)，電容保持率仍可高達(dá)88.3%，這一趨勢(shì)與GCD曲線變化一致.這可歸因于導(dǎo)電基底N-CNTs的引入可以提高材料的整體導(dǎo)電性，促進(jìn)電子的快速轉(zhuǎn)移，降低電極材料的電化學(xué)極化，有效提高了材料的倍率性能［28］.

Fig.5 GCD curves of NiCo-LDH(A)and N-CNTs/NiCo-LDH(B)

為了進(jìn)一步研究不同鎳鈷摩爾比N-CNTs/NiCo-LDH電極材料的電化學(xué)行為，進(jìn)行了EIS測(cè)試，并繪制了相應(yīng)的Nyquist曲線.圖6（A）插圖為等效電路圖，Rs（Ω）代表電解質(zhì)與活性物質(zhì)和集流體界面的接觸電阻；Rct（Ω）代表電荷的轉(zhuǎn)移電阻；W（Ω）代表擴(kuò)散電阻；CPE1（F）代表電化學(xué)雙電層電容；CPE2代表贗電容［19］，圖6（B）為Nyquist曲線高頻區(qū)的放大圖.通過(guò)等效電路模擬，分別得到了4種電極材料的Rs和Rct數(shù)值（表S1，見(jiàn)本文支持信息）.結(jié)果顯示，N-CNTs/Ni1Co2-LDH具有較小的Rs（0.83 Ω）和Rct（0.21 Ω），表明其具有較優(yōu)異的電子遷移能力.這是由于隨著鈷含量的增加，充放電過(guò)程中生成的高導(dǎo)電性CoOOH提高了整個(gè)電極的導(dǎo)電性［16］.且當(dāng)鎳鈷摩爾比為1∶2時(shí)，Ni1Co2-LDH納米片的結(jié)構(gòu)最為松散，有利于促進(jìn)電解質(zhì)的自由擴(kuò)散，減小電解質(zhì)與電極之間的接觸電阻和傳輸電阻.

Fig.6 Nyquist curves(A)and enlarged image(B)of N-CNTs/NiCo-LDH

電極材料的循環(huán)穩(wěn)定性是超級(jí)電容器壽命的一個(gè)重要指標(biāo)，在10 A/g電流密度下，對(duì)N-CNTs/Ni1Co2-LDH電極材料的循環(huán)穩(wěn)定性進(jìn)行了測(cè)試.經(jīng)過(guò)2500次的充放電循環(huán)后，電極的電容保持率仍可達(dá)76.4%，表現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性（圖7）.這歸因于由導(dǎo)電基底N-CNTs和Ni1Co2-LDH納米片所構(gòu)成的三維互聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的導(dǎo)電性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，能夠緩沖充放電過(guò)程中的體積變化［25］.

綜上，N-CNTs/Ni1Co2-LDH電極材料的優(yōu)異電化學(xué)性能可歸因于以下幾點(diǎn)：（1）N-CNTs與Ni1Co2-LDH具有協(xié)同效應(yīng)，N-CNTs可提高材料整體的導(dǎo)電性，而Ni1Co2-LDH納米片可提供更多的電化學(xué)活性位點(diǎn)；（2）隨著鈷含量的增加，NiCo-LDH納米片的晶面間距變大，使得Ni1Co2-LDH具有更高的電化學(xué)活性.同時(shí)N-CNTs/Ni1Co2-LDH松散的納米片結(jié)構(gòu)將促進(jìn)電解質(zhì)的自由擴(kuò)散，使其表現(xiàn)出較低的接觸電阻；（3）三維互聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的構(gòu)建能夠縮短電子的傳輸路徑，且使材料具有優(yōu)異的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，因而表現(xiàn)出較好的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性.

Fig.7 Cycle life curves of N-CNTs/Ni1Co2-LDH

2.3 混合型超級(jí)電容器的電化學(xué)性能

為了進(jìn)一步評(píng)估N-CNTs/Ni1Co2-LDH電極材料的實(shí)際應(yīng)用潛力，將N-CNTs/Ni1Co2-LDH作為正極，AC作為負(fù)極，2 mol/L KOH水溶液作為電解質(zhì)，制備了N-CNTs/Ni1Co2-LDH//AC水系HSC.由圖8（A）可見(jiàn)，當(dāng)電壓增加到1.6 V時(shí)出現(xiàn)了析氧情況［29］，表明HSC器件的潛在窗口最大可以拓展到1.5 V.圖8（B）為電壓窗口為0～1.5 V時(shí)，該水系HSC在不同掃描速率下的CV曲線.可見(jiàn)，隨著掃描速率的增加，CV曲線幾乎沒(méi)有變化，表明N-CNTs/Ni1Co2-LDH//AC具有良好的倍率特性.圖8（C）和（D）分別為不同電流密度下N-CNTs/Ni1Co2-LDH//AC水系HSC的GCD曲線和比電容.該水系HSC在1，2，3，4和5 A/g的電流密度下，對(duì)應(yīng)的比電容分別為87.0，67.6，63.9，57.9和53.3 F/g，電容保持率為61.3%.根據(jù)GCD測(cè)試結(jié)果，將計(jì)算得出的能量密度與功率密度關(guān)系繪制在圖8（E）中.結(jié)果顯示，當(dāng)N-CNTs/Ni1Co2-LDH//AC水系HSC的功率密度為750 W/kg時(shí)，其能量密度可達(dá)27.19 W·h/kg.圖8（F）為水系HSC的Nyquist曲線，可見(jiàn)，器件的低頻區(qū)斜率大于1，表明該器件具有優(yōu)異的離子擴(kuò)散能力.經(jīng)擬合后得出水系HSC的Rs和Rct分別為2.43和0.93 Ω，表現(xiàn)出較低的接觸電阻與電荷轉(zhuǎn)移電阻.上述所有實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，以N-CNTs/Ni1Co2-LDH為電極材料制備的水系HSC表現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學(xué)性能，為開(kāi)發(fā)高性能儲(chǔ)能器件拓展了新路徑.

Fig.8 Electrochemical properties of N-CNTs/Ni1Co2-LDH//AC aqueous HSC

為了更直觀地表現(xiàn)N-CNTs/Ni1Co2-LDH的實(shí)用價(jià)值，將PVA-KOH電解質(zhì)凝膠作為電解質(zhì)和隔膜，組裝成CNTs/Ni1Co2-LDH//PVA-KOH//AC固態(tài)HSC，將兩個(gè)固態(tài)HSC器件進(jìn)行串聯(lián)點(diǎn)亮LDE燈，并對(duì)點(diǎn)亮?xí)r間進(jìn)行測(cè)試.LED燈在0，15和30 min時(shí)的亮度見(jiàn)圖S3（本文支持信息），雖然隨著時(shí)間的增加，燈光強(qiáng)度有所減弱，但在無(wú)外界干擾的情況下，LED燈在30 min之后仍可持續(xù)保持燈光強(qiáng)度，展現(xiàn)出N-CNTs/Ni1Co2-LDH復(fù)合電極材料在超級(jí)電容器領(lǐng)域中的應(yīng)用潛力.

綜上所述，本文以PPy納米管高溫碳化制備的N-CNTs作為導(dǎo)電基底，采用共沉淀法與NiCo-LDH進(jìn)行復(fù)合，構(gòu)造出不同鎳鈷摩爾比的、具有三維互聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的N-CNTs/NiCo-LDH復(fù)合材料.結(jié)果表明，N-CNTs作為導(dǎo)電基底能夠有效抑制NiCo-LDH的堆疊，并縮短電子傳輸路徑，同時(shí)，NiCo-LDH納米片可為N-CNTs提供更多的電化學(xué)活性位點(diǎn).基于兩者的協(xié)同效應(yīng)，N-CNTs/NiCo-LDH復(fù)合材料展現(xiàn)出比單一NiCo-LDH材料更出色的電化學(xué)性能.當(dāng)鎳鈷摩爾比為1∶2時(shí)，N-CNTs/Ni1Co2-LDH具有最優(yōu)異的電化學(xué)性能，表現(xiàn)出較高的比電容（1 A/g電流密度時(shí)為1311.8 F/g）、出色的倍率性（10 A/g電流密度時(shí)電容保持率為88.3%）、優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性（2500次循環(huán)后電容保持率為76.4%）和較低的Rct（0.21 Ω）.以N-CNTs/Ni1Co2-LDH作為電極制備的水系HSC具有較高的能量密度，兩個(gè)串聯(lián)的固態(tài)HSC所點(diǎn)亮的LED燈能持續(xù)亮燈30 min以上.研究結(jié)果表明，N-CNTs/Ni1Co2-LDH在儲(chǔ)能領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景.

支持信息見(jiàn)http://www.cjcu.jlu.edu.cn/CN/10.7503/cjcu20220351.