硫化物核殼結(jié)構(gòu)材料的制備及其在超級(jí)電容器中的應(yīng)用.pdf

1、超級(jí)電容器具有比電容高、使用壽命長(zhǎng)、充電時(shí)間短、資源節(jié)約以及環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，因此引起了普遍的重視。然而，低的能量密度成為了其主要的技術(shù)障礙。根據(jù)能量密度公式(E=1/2CV2)可知，超級(jí)電容器的比電容和工作電壓對(duì)于提高能量密度尤為重要。本文結(jié)合新型硫化物和核殼結(jié)構(gòu)，制備了一系列硫化物核殼結(jié)構(gòu)電極材料。然后以硫化物核殼結(jié)構(gòu)材料為正極，活性炭為負(fù)極設(shè)計(jì)了非對(duì)稱超級(jí)電容器。
　　通過水熱反應(yīng)在泡沫鎳上生長(zhǎng)三棱錐狀的Ni3S2陣列，然后采

2、用電沉積的方法在其上負(fù)載卷曲的CoS納米片，制備了Ni3S2@CoS復(fù)合材料。利用X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)和光電子能譜(XPS)對(duì)材料的結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行表征，同時(shí)在三電極體系中對(duì)Ni3S2和Ni3S2@CoS電極進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果表明，在4mAcm?2的電流密度下，Ni3S2@CoS電極的面積比電容高達(dá)4.89Fcm?2，這要比純的Ni3S2電極(1.97Fcm?2)高得多。Ni3S2@CoS電

3、極在電化學(xué)性能上的優(yōu)勢(shì)主要源于：一方面Ni3S2與CoS都是具有代表性的贗電容材料，兩者產(chǎn)生了協(xié)同作用；另一方面Ni3S2@CoS陣列核殼結(jié)構(gòu)，能夠加快電解質(zhì)離子的擴(kuò)散速度，同時(shí)為電荷轉(zhuǎn)移提供有效路徑。
　　以Ni3S2和Ni3S2@CoS作為正極材料，以商用活性炭為負(fù)極材料，設(shè)計(jì)了非對(duì)稱超級(jí)電容器。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，當(dāng)電流密度為1.43mAcm?2時(shí)，Ni3S2@CoS非對(duì)稱超級(jí)電容器的面積比電容可達(dá)0.68Fcm?2。當(dāng)功率

4、密度為0.14kWkg?1時(shí)，其能量密度高達(dá)28.24Whkg?1。另外，循環(huán)壽命測(cè)試表明，經(jīng)過2000次循環(huán)充放電后，Ni3S2@CoS非對(duì)稱超級(jí)電容器的比電容仍能保持初始值的98.83％，表現(xiàn)了持久的循環(huán)壽命。
　　采用離子交換的方式在泡沫鎳上生長(zhǎng)NiCo2S4納米管陣列，而后在其上電沉積層疊卷曲的片狀Co(OH)2，得到NiCo2S4@Co(OH)2復(fù)合材料。利用XRD、SEM和TEM對(duì)材料的結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行表征，同時(shí)在三電極

5、體系中對(duì)NiCo2S4和NiCo2S4@Co(OH)2電極進(jìn)行測(cè)試。在2mAcm?2的電流密度下，NiCo2S4@Co(OH)2電極的面積比電容高達(dá)9.6Fcm?2，幾乎是NiCo2S4電極的兩倍。即使電流密度達(dá)到最大值32mAcm?2，NiCo2S4@Co(OH)2電極的面積比電容仍然維持在6.4Fcm?2。NiCo2S4@Co(OH)2復(fù)合材料優(yōu)秀的電化學(xué)性能主要源于以下幾個(gè)原因。首先NiCo2S4納米管具有中空的陣列結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了電

6、解質(zhì)離子的擴(kuò)散。其次NiCo2S4還具有良好的導(dǎo)電性。此外，NiCo2S4@Co(OH)2納米管陣列與基體泡沫鎳緊密結(jié)合，不易脫落，有利于循環(huán)穩(wěn)定性。
　　以NiCo2S4、NiCo2S4@Co(OH)2為正極材料，商用活性炭為負(fù)極材料，構(gòu)建非對(duì)稱超級(jí)電容器。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，當(dāng)電流密度從0.5Ag?1增大到4Ag?1時(shí)，NiCo2S4@Co(OH)2非對(duì)稱超級(jí)電容器的比電容由100.94Fg?1變化到73.75Fg?1。當(dāng)功率