Co3O4作为蓄电池充电机充电超级电容器正极材料，由于本身具有较高理论容量(3560 F g-1)，和简单的制备方法，引起了研究人员的广泛关注。然而，在实际应用中，Co3O4很难达到它的理论容量，文献报道它的实际容量在300-1000 F g-1之间。造成这种理论与实际值相差较大的主要原因是Co3O4本身是一种氧化物，极大地限制了电子的快速传输，造成相对较低的电化学活性以及相对迟缓的反应动力学。此外，当晶粒较大的Co3O4用作蓄电池充电机充电超级电容器电极材料时，电解液是很难进入材料内部参与反应，而只是单纯在表面进行氧化还原反应，这造成了电极材料极低的利用率，使得相对容量急剧下降。为了提高Co3O4的导电性，许多研究者通过在Co3O4表面进行还原处理得到一定的氧空位，使得它的导电性得到了较大的提升，但是材料的利用率却没有得到提高，因此，它的实际容量仍然较低，尤其是当电极的负载量较大时。

为了解决上述两个问题，并获得高性能Co3O4电极材料，兰州大学物理科学与技术学院彭尚龙教授和曹国忠教授合作开展了相关的研究工作，其研究成果以Low Crystalline Oxygen-vacancy-rich Co3O4 Cathode for High-Performance Flexible Asymmetric Supercapacitors为题发表在Journal of Materials Chemistry A上。该研究工作通过钯诱导得到低结晶度和具有氧空位富足的Co3O4纳米结构，并将其用作蓄电池充电机充电超级电容器电极材料。测试表明，相对于高结晶度Co3O4，低结晶度Co3O4的晶粒更小，晶格取向更杂乱，同时也引起Co3O4中氧空位含量的上升。使其作为蓄电池充电机充电超级电容器电极材料时拥有高的导电性，较小的电荷转移电阻。在1 A g-1的电流密度下比容量可以达到1353  F g-1，面积比容量高达4.6  F cm-2。基于此电极材料组装了柔性非对称器件(Pd-Co3O4//碳布)，并将其制作成手表腕带，使得手表可长时间工作，展示了很好的应用前景。

【图文导读】


图1 Co3O4和Pd-Co3O4扫描和透射图
（a-e）Pd-Co3O4扫描和透射图；
（f）Co3O4透射图；
（g-j）Pd-Co3O4元素分布图。


图2 Co3O4和Pd-Co3O4XRD和XPS图谱
（a）XRD图谱；
（b）XPS光谱；
（c-f）XPS元素精细谱。


图3 Co3O4和Pd-Co3O4电化学性能测试
（a）电化学阻抗测试；
（b）循环伏安测试；
（c）恒流充放电测试；
（d）不同电流密度下容量；
（e）循环稳定性测试；
（f）机理解释图谱。


图4 非对称器件(Pd-Co3O4//碳布)电化学性能测试
（a） 不同电压窗口下的循环伏安测试；
（b）恒流充放电测试；
（c）倍率性能；
（d）循环稳定性；
（e）能量密度和功率密度；
（f）柔韧性测试和实用性测试。

【小结】
为了提高Co3O4电极材料的导电性，以及电极材料的利用率，研究团队通过引入金属Pd得到了一种低结晶度氧空位富足的Co3O4电极，使得其比容量得到了极大的提高，达到了1353  F g-1，面积比容量高达4.6  F cm-2；基于此电极材料组装的非对称柔性蓄电池充电机充电超级电容器表现出良好的柔韧性和实用性。