【摘 要】
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随着社会能源结构的变化,储能装置在人类生活中扮演越来越重要的角色。其中,超级电容器因为具有优异的储能特性,比如迅速的充放电、长循环使用寿命、较高的功率密度、安全性好等,已经是储能系统中不可或缺的重要部分。这些高于二次电池和传统电容器的性能优势使得超级电容器成为电动汽车和电子设备中最有前途的辅助能源。然而,目前超级电容器的电极材料存在电化学容量较差和电导率较低的问题,限制了它在储能装置中的大规模应用
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随着社会能源结构的变化,储能装置在人类生活中扮演越来越重要的角色。其中,超级电容器因为具有优异的储能特性,比如迅速的充放电、长循环使用寿命、较高的功率密度、安全性好等,已经是储能系统中不可或缺的重要部分。这些高于二次电池和传统电容器的性能优势使得超级电容器成为电动汽车和电子设备中最有前途的辅助能源。然而,目前超级电容器的电极材料存在电化学容量较差和电导率较低的问题,限制了它在储能装置中的大规模应用。为了实现超级电容器性能的大幅提升,制备形貌可控的纳米复合正极材料是有效的探究途径。因此,本论文的研究工作主要致力于对正极材料进行优化改良,采用原位合成方法制备了钴基、镍基和钴镍基复合正极材料,考察了材料的形貌和电化学性能,探索了合成条件对材料性能和形貌的影响关系,获得了如下结果:（1）以泡沫镍为基底原位电化学合成了钴基微米片状材料（Co9S8/NF）、镍基纳米片状材料（Ni3S2/NF）,在Co9S8/NF的基础上,二次电沉积制备了钴镍基三维立体网络纳米片状结构材料（Ni3S2/Co9S8/NF-1）。XRD和EDS结果显示原位电沉积制备的材料是硫化物与氢氧化物的复合物。电化学实验结果表明,钴镍基复合材料的比电容、倍率性能远远优于单金属材料。以双金属Ni3S2/Co9S8/NF-1复合材料作为正极,RGO为负极,组装水系不对称超级电容器,其能量密度达到59.28 Wh/kg（对应的功率密度为374.99 W/kg）,且循环2000圈后电容保持率为62.33%（在2 A/g的电流密度下）。（2）以比电容和倍率性能为优化目标,电沉积温度（T）、扫描速度（v）及钴镍浓度比(C(Co2+/Ni2+))为实验条件,进行了正交优化实验。结果表明,电沉积温度和扫描速度分别为影响比电容的主要因素和次要因素,而扫描速度和钴镍浓度比则分别为影响倍率性能的主要因素和次要因素。形貌、比电容、倍率性能较好的结果为3号(C(Co2+/Ni2+)=2:1,T=55℃,v=3 m V/s)、9号(C(Co2+/Ni2+)=1:4,T=55℃,v=5 m V/s)实验条件。3号样的比电容为5009.43 F/g（1 A/g的电流密度）,在20 A/g时比电容保持率为54.75%。9号样的比电容为5675.14 F/g（1 A/g的电流密度）,电流密度扩大20倍的倍率性能是46.52%,组装成超级电容器,其功率密度为399.99W/kg时对应的能量密度为30.31 Wh/kg。（3）在Co9S8/NF的基础上,采用离子交换方法合成了钴镍基复合材料（Ni3S2/Co9S8/NF-2）,考察了离子交换温度对材料组成、形貌和性能的影响。XRD和XPS显示,合成的Ni3S2/Co9S8/NF-2材料是硫化物与氢氧化物的复合物,SEM表明离子交换温度对复合材料的形貌有显著影响,电化学实验结果表明:阳离子交换反应温度为45℃时所制得的材料性能最好,其在1 A/g时比电容为3559.9 F/g。组装成超级电容器,其功率密度为399.99 W/kg时对应40.81 Wh/kg的能量密度,循环10000圈后还能保持69.35%的电容量（2A/g电流密度下）。
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