论文部分内容阅读
近年来由于国家的大力支持和能源的短缺问题使得新能源产业得到了飞速发展,人们对储能器件的性能也提出了更高的要求,超级电容器作为当前新能源领域的研究热点之一,逐渐被更多科研工作者所研究和关注。因此在结合前人研究的工作基础上,本论文研究了两种新型的电极材料将其分别用于非对称和对称超级电容器中,旨在通过增大工作电位窗口和提升比电容的方法,使得超级电容器能量和功率密度得以提高。本论文的主要研究工作如下:（1）采用两步水热法合成了具有中空微球结构的过渡双金属硫化物NiCo2S4。并对NiCo2S4以及其前驱体的形貌结构、晶体形态、物相组成和元素价态进行物理表征分析。得到的NiCo2S4展现出独特的表面多孔的中空微球结构,其BET比表面积为5.5 m2/g,在1 A/g的电流密度下NiCo2S4的比电容高达1688 F/g（电流密度为1.6 m A/cm2时,比电容为2.70 F/cm2）,经过过动力学分析,电极上发生的电化学反应属于扩散控制反应,当电流密度从1 A/g增加到20 A/g时,具有84.6%的电容保持率,在10 A/g大电流密度下,经过10000次充放电循环后,初始电容保持率达到72.5%,表明NiCo2S4具有优良的倍率性能和循环稳定性。这主要归因于其独特的表面多孔的中空微球结构和过渡双金属硫化物自身具有的电化学特性两者的协同效应。（2）采用聚苯胺/三聚氰胺的复合物作为碳源,同时三聚氰胺又作为模板和氮源,经过水热和高温煅烧处理得到碳材料,将得到的碳材料通过KOH进行活化处理,得到了氮掺杂的多孔碳材料,为了对比,分别用单独聚苯胺、单独三聚氰胺经水热后作为前驱体煅烧得到不同形貌的碳材料。并通过物理表征对四种碳材料进行表面形貌、晶体形态、元素含量和比表面积等分析。聚苯胺/三聚氰胺制备得到的活化后的NC-4活性碳材料具有分级多孔结构,BET比表面积为1393.9 m2/g,氮含量高达4.72%,NC-4电极在1A/g电流密度下比电容达208 F/g（当电流密度为1 m A/cm2时,比电容为208 m F/cm2）;当电流密度从1A/g增加到20A/g时,具有69%的电容保持率,且在5A/g大电流密度下充放电10000次后,比电容仍保持有91.7%。上述测试结果表明,NC-4活性碳材料具有优良的电化学性能,这些结果主要归因于聚苯胺/三聚氰胺复合物煅烧得到的氮掺杂碳材料具有高的比表面积和高的氮含量。（3）使用NiCo2S4和商业稻壳活性碳（RHAC）分别作为正/负极材料组装成非对称超级电容器NiCo2S4//RHACASCs,其工作电压可以达到1.6 V,在功率密度为400W/kg下,其能量密度高达41.1 Wh/kg,在5A/g的电流密度下,经过10000次长循环后,电容保持率达到62%,具有很好的循环稳定性。上述结果表明NiCo2S4//RHACASCs具有优异的超级电容器电化学性能。使用NC-4碳材料作为正/负极材料组装成对称的超级电容器NC-4//NC-4对称超级电容器,工作电位窗口为1.2 V,在400 W/kg的功率密度下,能量密度为8.28 Wh/kg,在5A/g的电流密度下,经过10000次长循环后,电容保持率为84.5%,具有优良的充放电循环稳定性。上述结果表明NC-4//NC-4对称超级电容器具有优良的电化学性能。实验结果和数据表明,NiCo2S4和NC-4电极材料均表现出了优良的电化学性能,将NiCo2S4和NC-4分别应用于非对称超级电容器和对称的超级电容器,也都展示出良好的超级电容器性能,这预示着NiCo2S4和NC-4作为超级电容器电极材料具有广泛的应用前景。