镍钴双金属硫化物材料的制备及超电容性能研究

来源 :中国矿业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ganjinwei2001
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近年来,超级电容器由于具有工作寿命长、维护成本低、功率密度高以及可快速充放电等优异特性吸引众多研究学者们的关注。能量密度比较低是超级电容器不可忽视的缺点,而决定其电化学性能的主要因素便是电极材料,因此研究和制备性能卓越的电极材料己经成为增强超级电容器电化学性能的关键。在众多电极材料中,双金属硫化物因为具有较高的导电性以及丰富的化学反应位点,而被认为是具有很大潜能的电极材料。本文主要以镍钴硫化物为研究对象,成功制备了不同形貌的Co Ni2S4粉末、Co Ni2S4/碳纤维布(CC)以及Co Ni2S4@Ni S复合材料,并分别将它们用作电极材料,探索并提高电化学性能。主要的研究内容如下:(1)采用简单的一步水热法,通过改变硫源的浓度,合成了不同形貌的Co Ni2S4电极材料,利用XRD、XPS、SEM、TEM等表征方法对所得产物的晶型、形貌和元素分布进行表征。对硫元素的加入量对材料的形貌及电化学性能的影响进行了探究。在1 A g-1的电流密度下,性能最佳的Co Ni2S4电极材料拥有944F g-1高比电容,在10 A g-1时,比电容保留率为75.64%。经过5000次充放电测试后比电容仍然保留91.1%。(2)以碳纤维布为基底材料,分别通过水热法和溶剂热法直接在碳纤维布上生长Co Ni2S4纳米颗粒,成功制备了Co Ni2S4/CC电极材料。水热法制备的纳米颗粒细小且均匀连续的分布在碳布上,细小且分布均匀的颗粒可以提供更多的反应活性位点。在相同的条件下,水热法直接生长在碳布上的Co Ni2S4纳米颗粒性能最好,在1A g-1时具有1165 F g-1的优异比电容,比纯粉末的Co Ni2S4电极材料高27.2%。而充放电10000圈后的比电容还剩87.1%。它还具有出色的倍率性能(在10 A g-1时保留75.3%)。将材料组装成柔性非对称超级电容器Co Ni2S4/CC//r-GO之后,在功率密度达到800 W kg-1时,能量密度为33.2 Wh kg-1。(3)通过电沉积法在Co Ni2S4/CC材料表面电沉积一层Ni S颗粒,制备出Co Ni2S4@Ni S复合材料。结果表明:Co Ni2S4@Ni S拥有良好的电化学性能。在1A g-1时Co Ni2S4@Ni S具有1433 F g-1的优异比电容,在10 A g-1时,其比电容仍保留1A g-1时的69.6%。组装成Co Ni2S4@Ni S//r-GO非对称电极器件之后,该器件在电流密度为1 A g-1时,其比电容可达到103.43 F g-1。组装的装置在800 W kg-1时显示出最大能量密度为36.6 Wh kg-1。在电流密度为10 A g-1时进行10000次的充放电循环之后,该装置保持78.7%的初始比电容。将其组装成固态电极装置以后可点亮小灯泡。该论文有图28幅,表4个,参考文献99篇。
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