Sb5+掺杂镍钴氧尖晶石（NiCo2O4）的溶胶-凝胶法合成及其对超级电容器比电容的增强机制研究

本文通过溶胶-凝胶法（Sol-Gel）成功合成Sb5+掺杂镍钴氧尖晶石（NiCo2O4）材料，系统探究了Sb5+对电极材料比电容（1449F/g@0.5A/g）、循环稳定性（85%@3000次）及能量密度（38.61Wh/kg）的提升作用。通过XRD、BET、CV（循环伏安法）、GCD（恒电流充放电）和EIS（电化学阻抗谱）等表征手段，揭示了Sb掺杂降低电荷转移电阻（Rct=2.59Ω）和增大比表面积（194.18m2/g）的协同机制，为高性能超级电容器电极设计提供新思路。

　　

Highlight

本研究首次通过溶胶-凝胶法将Sb⁵⁺掺杂至镍钴氧尖晶石（NiCo₂O₄）晶格中，成功制备出具有194.18m²/g超高比表面积的5% Sb:NiCo₂O₄电极材料。电化学测试显示，该材料在0.5A/g电流密度下展现1449F/g的惊人比电容，3000次循环后容量保持率高达85%，同时实现38.61Wh/kg的能量密度和643.9W/kg的功率密度。

X-ray diffraction studies

X射线衍射（XRD）图谱显示（图2），所有样品衍射峰均与标准卡片JCPDS #72-1702完美匹配，证实成功构建NiCo₂O₄尖晶石结构。随着Sb掺杂量增加，衍射峰出现系统性偏移，表明Sb⁵⁺通过离子半径差异（Sb⁵⁺（0.62?） vs Co³⁺（0.545?））引发晶格畸变，这种"晶格应变工程"有效优化了电子传输路径。

Conclusion

我们开创性地开发出Sb掺杂镍钴氧尖晶石新型电极材料，通过调控Sb含量（3%-7%）实现材料导电性和比表面积的协同优化。其中5% Sb:NiCo₂O₄表现出最低的电荷转移电阻（R_ct=2.59Ω）和欧姆电阻（R_s=0.0591Ω），证实Sb⁵⁺的多价态特性可激活更多氧化还原位点，为破解超级电容器能量密度瓶颈提供新策略。