近期，中國科學院合肥物質科學研究院固體物理研究所功能材料物理與器件研究部研究員朱雪斌課題組在氮化釩（VN）超級電容器材料研究中取得進展。研究人員采用溶液法在硅基片上制備出多孔VN薄膜，該薄膜顯示出優異的超級電容器性能。相關研究成果以Solution-processable hierarchical-porous vanadium nitride films on silicon substrates for highly efficient symmetric supercapacitors為題，發表在Journal of Power Sources上。
VN具有優異的導電性、大的電壓窗口和高的理論比電容，是性能優越的超級電容器電極材料。在硅基片上直接制備VN超級電容器薄膜電極，可實現微型超級電容器器件單元的構筑，有望在芯片式電子器件和便攜式電子設備中得到應用。目前，VN薄膜電極大都采用物理法制備，不僅難以實現薄膜形貌的有效調控，而且限制了VN薄膜的性能提升。
該研究中，研究人員采用化學溶液法在硅基片上成功制備出大尺寸、多級結構的多孔VN薄膜，能夠有效提高離子與電子的傳輸，進而提升性能。結果表明，在1M KOH電極液中，薄膜可達到60 mF cm-2的面積比電容。基于該薄膜構筑的對稱固態超級電容器具有高的能量密度和功率密度，以及優異的循環穩定性，且能夠通過器件串聯以有效拓寬電壓窗口，進而驅動不同顏色的LED燈。
該工作為實現低成本、高性能、適用于微型超級電容器用的電極材料提供了新思路。研究工作得到國家重點研發計劃項目和國家自然科學基金的支持。
圖1.多孔VN薄膜的（a）平面低放大倍數掃描電鏡結果，（b）平面高放大倍數掃描電鏡結果，（c）橫截面高放大倍數掃描電鏡結果圖
圖2.對稱固態超級電容器性能測試：（a）串聯器件100 mV s-1掃速下的電容-電壓結果，（b）串聯器件1.0 mA cm-2電流密度下的充電-放電結果，（c-e）串聯器件驅動不同顏色LED燈實物圖
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