NiCo2S4基复合材料的制备及超电容性能研究

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超级电容器因其充放电迅速、稳定的循环寿命、高功率密度、绿色友好等优点,被认为是具有广阔前景的储能器件。电极材料是超级电容器最核心的部分。目前金属化合物因其丰富的氧化还原反应实现了较高的比电容,是超级电容器最有潜力的电极活性材料。本论文以镍钴基硫化物为主要研究对象,并对其进行复合改性,系统的考察了复合物的形貌结构及电化学性能。具体研究内容如下:(1)以茄子为碳源,采用KOH活化法获得超高比表面积的碳薄片。进一步以碳薄片为基底,采用两步水热法制得茄子碳@NiCo2S4复合物。SEM测试结果表明,添加碳薄片后NiCo2S4具有更小的尺寸,在茄子碳片上呈纳米片阵列排布。电化学研究表明,复合物电极比纯NiCo2S4电极具有更优异的比电容及循环稳定性,在1A g-1时,复合材料的比电容达到1394.5 F g-1。以复合材料为正极,茄子碳为负极组装非对称超级电容器,该器件在功率密度为801 W kg-1时,能量密度高达46.5 Wh kg-1。(2)以多巴胺为碳源,采用二氧化硅硬模板法合成氮掺杂中空碳纳米球(NHCS),以该中空碳球为基底,利用油浴方法将镍钴前驱体锚定在碳球表面,采用Na2S溶液进行阴离子交换获得NiCo2S4/NHCS。SEM结果表明无碳纳米球限域生长的纯NiCo2S4团聚严重,无特定的形貌。而在NiCo2S4/NHCS复合物中,小尺寸、超薄的NiCo2S4纳米片覆盖在碳球表面。电化学测试表明在1 A g-1时,NiCo2S4/NHCS的比电容为901.5 F g-1,明显高于纯NiCo2S4(656.2 F g-1)。而且NiCo2S4/NHCS比纯NiCo2S4具有更优异的倍率性能。以NiCo2S4/NHCS为正极,活性碳为负极组装非对称超级电容器,该器件具有良好的能量密度和循环稳定性。(3)以碳布为基底,利用水热反应合成分层NiCo2S4@NiMoO4复合材料作为无粘结剂电极。SEM测试表明,NiMoO4纳米片均匀的覆盖在NiCo2S4纳米管表面,增大复合材料的比表面积有利于电解质离子传输,提升比电容。在2 A g-1时具有1419 F g-1的比电容。组装的非对称超级电容器在功率密度为750.9 W kg-1时具有29.6 Wh kg-1的能量密度,以及良好的比电容(在1 A g-1时为94.6 F g-1)和循环稳定性(5000次恒电流充放电后电容保持率为82.2%)。
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