内蒙古工业大学研究生科技成果系列报道（四）
随着快速发展的现代工业和全球人口的持续增长，能源消耗显著的增加并且能量存储变得更加复杂和重要，典型的储能过程是当需要时实现能量的储存和转换,新型电化学储能装置--超级电容器得到了极大的关注和发展。超级电容器的储能性能介于传统电容器和二次电池之间，充放电寿命可达十万次以上，充放电速度快等特征，被视为本世纪最有希望的新型绿色能源。但是超级电容器也存在能量密度低和循环稳定性差等缺点。
我校化学工程与技术学科博士生导师高艳芳教授课题组针对上述问题开展了一系列研究。研究内容涉及超高电导性电极材料、高比表面积电极材料和特殊结构电极材料用于超级电容器。研究中，☆合成具有半金属性质的金属氧化物与过渡金属氢氧化物的复合电极材料，促进了电子在电极表面的传递，缩短离子扩散路径和电子传递距离，增强材料的利用率。☆以天然生物质-棉花做为碳模具，通过溶胀作用将低比表面积的光滑碳纤维提升到584.49m2g-1，形成了微孔、介孔和大孔的分级多孔结构，相互交联的孔缩短了离子扩散距离，保证了离子运输畅通且提升了可利用的静电吸脱附面积；利用头发和褐煤为碳源制备出高比表面积(441.3 m2g-1和3001.7 m2g-1)活性炭电极材料用于超级电容器。☆对电极材料的结构进行设计，例如对过渡金属分级结构的构建，此结构使得材料彼此相互交联形成“V”型空间，便于离子的储存且为氧化还原反应提供了大量活性位点；以及过渡金属核壳结构的设计，提高了电子和离子在法拉第氧化还原反应中的传输能力，且提高了有效活性区域减小了复合物的固有阻抗。
经过上述一系列的研究取得了优越的电化学性能。例如，☆高电导性的NiCo2O4@NiCo(OH)2质量比电容达到2890.6 F g-1（电流密度为0.625 A g-1），且循环5000圈后稳定性依然能达到94.66%。☆高比表面积碳纤维电容可达221.7 F g-1（电流密度为0.3 A g-1），同时，在2 A g-1的电流密度下经6000次充放电循环，电容仅损失4.6%，表现出良好的循环稳定性。☆分级结构3D NiCo2O4电容值达到2623.3 F g-1·，甚至在40A g-1的高电流密度下也能达到1785.5 F g-1；核壳结构Ni@NiO/AC复合材料电容值为700 F g-1（电流密度为0.5 A g-1）。
☆图（a, b）超高电导性电极材料；图（c, d）高比表面积电极材料；图（e, f）分级结构电极材料；图（g, h）核壳结构电极材料。
上述研究成果相关文献如下：
[1]Zhang Y, Shi Z, Liu L, et al.High Conductive Architecture: Bimetal Oxide with Metallic Properties @ Bimetal Hydroxide for High-performance Pseudocapacitor[J].Electrochimica Acta，2017,2(76).（工程技术1区Top，影响因子4.803）
[2]Liu Y, Shi Z, Gao Y, et al. Biomass-swelling Assisted Synthesis of Hierarchical Porous Carbon Fibers for Supercapacitor Electrodes[J].Acs Applied Materials & Interfaces, 2016, 8(42).（工程技术1区Top，影响因子7.145，被引次数：2）
[3]Zhou Q, Xing J, Gao Y, et al.Ordered Assembly of NiCo2O4 Multiple Hierarchical Structures for High-Performance Pseudocapacitors[J].Acs Applied Materials & Interfaces, 2014, 6(14):11394.（工程技术1区Top，影响因子7.145，被引次数：31）
[4]Zhang Z, He Y, Zhou Q, et al.UniqueNi@NiO core-shell /AC composite for supercapacitor electrodes[J].Electrochimica Acta, 2014, 144:300-306.（工程技术1区Top，影响因子4.803，被引次数：1）
[5]Guo Z, Zhou Q, Wu Z, et al. Nitrogen-doped carbon based on peptides of hair as electrode materials for surpercapacitors[J].Electrochimica Acta, 2013, 113(4):620-627.（工程技术1区Top，影响因子4.803，被引次数：17）
高艳芳教授课题组在读博士研究生4人，硕士研究生14人，本组成员层次丰富，知识结构互补性强，多为近年来到校任教的青年教师，有多年电化学及光谱化学等各类仪器分析检测的实验经验，熟悉相关的仪器设备，对电化学基础理论和实验方法的理论分析有较多了解，具备该方面的研究工作基础，熟悉材料电极材料优化方法，对超级电容器能量密度和功率密度的影响因素有有较深入的了解和丰富的实验经验，学科背景交叉，有利于新思想的萌生。
高艳芳教授曾荣获自治区“三八红旗手”、内蒙古“321”人才第一层次、内蒙古自治区青年科技英才、内蒙古草原英才、内蒙古青年科技奖以及内蒙古自治区自然科学奖三等奖等荣誉称号及奖项。该课题组多年来一直致力于电化学储能的前沿领域科学研究，主持、参加、完成多项国家、省部级基金项目，拥有组织完成各类基础及应用研究课题的经验，在该领域先后承担了多项国家级、自治区级科研项目。研究工作得到了国家自然科学基金（No. 21266018和21566030）、第八批中国—南非联合研究计划项目（No. CS08-L15）、内蒙创新引导基金、内蒙古自然科学基金（No.2010MS0218）、内蒙科技英才计划－青年领军人才、内蒙古自治区科技计划项目（NO.20130409）、内蒙古自治区科技厅软科学研究计划项目（NO.2013040）的大力资助。
高艳芳教授简介
