FeCo2X4(X=O,S)-聚吡咯雜化材料的制備及其超級(jí)電容性能研究.pdf

1、超級(jí)電容器是性能介于電池與普通電容器之間的儲(chǔ)能器件。其關(guān)鍵部件電極材料主要組分有碳基材料、金屬氧化物和導(dǎo)電高分子。目前單一成分電極材料的主要缺陷是比容量及能量密度偏低。因此，利用有機(jī)組分與無(wú)機(jī)組分之間的協(xié)同作用是提高電極材料主要性能指標(biāo)的有效途徑之一。
　　超級(jí)電容器的電化學(xué)性能與其電極材料的組分、結(jié)構(gòu)形貌具有極大的關(guān)系，所以設(shè)計(jì)合適組分、形貌結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的電極材料是提升超級(jí)電容器性能的重要途徑。本文通過(guò)簡(jiǎn)單的水熱法及原位聚合法，采用

2、形貌結(jié)構(gòu)控制及不同組分合理設(shè)計(jì)等途徑制備了系列FeCo2X4(X=O，S)/聚吡咯雜化材料，系統(tǒng)研究了將其作為無(wú)粘合劑電極材料的超級(jí)電容性能。主要開(kāi)展了以下幾方面的工作:
　　(1)通過(guò)水熱法直接在泡沫鎳上生長(zhǎng)鐵鈷前驅(qū)體，然后通過(guò)煅燒將鐵鈷前驅(qū)體轉(zhuǎn)化成鐵鈷氧化合物，成功制備了生長(zhǎng)在泡沫鎳上的FeCo2O4納米花陣列，該材料直接作為電極材料測(cè)試其超級(jí)電容器性能，獲得了較高的比容量:在電流密度為1 mA cm-2時(shí)，其比容量達(dá)到了11

3、90.47 mF cm-2，當(dāng)電流密度增加到50 mA cm-2時(shí)，其比容量依然保持了原來(lái)的61.09％，同時(shí)，該電極材料也表現(xiàn)出了良好的電化學(xué)循環(huán)穩(wěn)定性，在電流密度為30 mA cm-2下循環(huán)2000次，其比容量沒(méi)有衰減。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，由該組分構(gòu)成的電極材料是一種很有應(yīng)用前景的超級(jí)電容器電極材料。
　　(2)為了進(jìn)一步提升FeCo2O4電極材料的比容量，設(shè)計(jì)制備了FeCo2O4/PPy無(wú)機(jī)/有機(jī)雜化電極材料。以負(fù)載FeCo2O4

4、的泡沫鎳為基底，再在低溫原位氧化聚合法生長(zhǎng)一層導(dǎo)電高分子—聚吡咯(PPy)，由此制備的電極材料其比容量在5mA cm-2時(shí)達(dá)到1932.73mF cm-2，相較于單純的無(wú)機(jī)電極材料，其性能有明顯提高。
　　(3)鑒于過(guò)渡金屬硫化物的電化學(xué)性能要優(yōu)于其金屬氧化物，而目前二元金屬硫化物的研究主要集中在Ni-Co，鮮有文獻(xiàn)報(bào)道Fe-Co二元金屬硫化物的超容性能。因此設(shè)計(jì)通過(guò)水熱硫化法，將鐵鈷前驅(qū)體轉(zhuǎn)換成鐵鈷硫化物，即將FeCo2O4中的

5、氧元素轉(zhuǎn)換成硫元素，合成了負(fù)載在泡沫鎳上的FeCo2S4納米花陣列。相比較其氧化物，硫化物電極的超容性能有了極大的提升，且該二元過(guò)渡金屬硫化物性能也優(yōu)于一元過(guò)渡金屬硫化物。在電流密度為10 mA cm-2時(shí)，其比容量達(dá)到了7155.93 mF cm-2，當(dāng)電流密度增加到50 mAcm-2時(shí)，其比容量依然有1644.07 mF cm-2，同時(shí)，該電極材料也表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)循環(huán)穩(wěn)定性，在電流密度為50 mAcm-2下循環(huán)10000次，其比

6、容量沒(méi)有衰減。這些結(jié)果表明，F(xiàn)eCo2S4電極材料在超級(jí)電容器的應(yīng)用中具有極高的價(jià)值。
　　(4) FeCo2S4電極材料雖然具有比較高的比容量和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，但其倍率性能還有很大的提升空間，因此設(shè)計(jì)了FeCo2S4/PPy無(wú)機(jī)/有機(jī)雜化電極材料，即以負(fù)載了FeCo2S4的泡沫鎳為基底，再在低溫原位氧化聚合法生長(zhǎng)上一層導(dǎo)電高分子—聚吡咯(PPy)。制備的FeCo2S4/PPy電極材料為納米線陣列，材料的倍率性能提升到了42.6