新型结构储能材料：六角形结构WO3纳米管束

过渡金属氧化物（TMOs）因具有高比容量、低成本和广泛的实用性而被认为是最具发展前景的电池负极材料之一。然而，大多数TMO在充/放电过程中会出现大的体积膨胀/收缩，从而使活性涂层破裂或者从集流体剥离，最终导致电池循环性能下降。近期，沈阳工业大学武祥教授通过水热法将WO3制成纳米管状。当其用作锂离子电池的负极材料时，可有效抑制体积变化大的问题。作为超级电容器活性材料时也表现出极好的电化学性能。

图1 所制备WO3的（a）XRD图；（b-d）SEM图像；（e）TEM图像；（f）相应的HRTEM图

图2（a）扫描速率为5 mV/s时，WO3纳米管束和碳布的CV曲线比较（b）在不同的扫描速率下WO3纳米管束的CV曲线；（c）在不同电流密度下的恒电流充放电曲线；（d）不同电流密度下获得的WO3产物的比电容和面电容；（e）WO3纳米管束电极在2.5 A/g电流下的循环性能和电容保持率，（f）WO3纳米管束电极的奈奎斯特图。

超级电容器的性能主要取决于电极材料的形状和空间结构。作者所制备的WO3纳米管可有效缓解离子插入/脱落过程中的体积变化，从而提高循环稳定性，并且纳米管具有很大的特异性表面，可以为电化学存储提供更多的电活性位点。另外，这种纳米管可以为电解质离子渗入电活性材料提供两个方向，从而减小了离散距离，有助于电极材料的充分利用。所以作为超级电容器的负极材料，在3mA/cm^2电流密度下面积电容为2575.3mF/cm^2，电流密度为1A/g时的比容量为615.7F/g。当作为锂离子电池负极材料时，首次放电容量高达1121.4mAh/g，并且在200次循环后仍具有871.9mAh/ 的稳定容量。

图3 （a）WO3电极在100mA/g电流密度下，不同循环次数的充放电曲线；（b）WO3电极在0.1 mV/s扫速下的CV曲线；（c）在100,200,300和400mA/g的不同电流密度下，WO3电极的循环性能；（d）WO3电极的倍率性能。

无论用在超级电容器还是锂离子电池，WO3纳米管束表现出的优异性能得益于其六角形隧道的结构特点，促进了离子的转移。作者提出了新的电极材料，拓宽了高能量存储装置的研究道路。

Xiang Wu, Shunyu Yao; Flexible electrode materials based on WO3 nanotube bundles for high performance energy storage devices; Nano Energy (2017); DOI:10.1016/j.nanoen.2017.10.058

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