硫化镍/生物质炭复合材料的制备及其电化学性能的研究

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近年来,环境污染和能源紧缺已经成为了人类社会不可忽视的两大问题,为了缓解严峻的环境资源形势,清洁型能源成为了整个世界范围内最炙手可热的研究方向,其中电化学储能技术应用最为广泛。超级电容器以其超高的功率密度在储能装置中占有着一席之地,超级电容器根据储能原理主要分为两种:赝电容超级电容器和双电层电容超级电容器。硫化镍作为典型的赝电容材料,它的理论容量高达590mAh g-1,但是在充放电过程中由于S2-的结构稳定性差,容量衰减得会比较厉害;与之相反,生物质炭材料作为碳材料的一种具备典型的双电层特征,其优点在于循环稳定性良好,然而其比电容较低。本实验将通过制备两种材料的复合物来提高他们的电化学性能。本文以高温固相法合成了两种生物质炭材料:栗子壳生物质炭材料(LC)和芹菜生物质炭材料(QC),两种生物质炭材料通过扫描电镜(SEM)表征,其表面均存在着大量的微孔和介孔;X射线衍射(XRD)和拉曼光谱分析显示两种生物质炭均属于无定形碳;FT-IR证明了两种生物质炭材料均含有氮氧官能团。其中栗子壳与氢氧化钾质量比为1:3的栗子壳生物质炭(LC-3)材料比表面积为1410 m2 g-1,平均孔径为3.06 nm;在6 M KOH、1 M H2SO4和3 M KOH电解液中的最高电容分别为258 F g-1、375 F g-1、198 F g-1,其中在3 M KOH、5 A g-1条件下循环10000圈,其容量保持率高达100%。在LC-3的基础上,利用水热法合成了NiS/LC复合材料,并探究了反应物浓度和水热时间对该复合材料的影响;通过优化水热工艺,在现有的实验条件下,水热反应12 h,栗子壳炭质量占比40%的复合材料NiS/40wt%LC性能最好,在3 M KOH中,电流密度为1 A g-1时最高比电容达到868.1 F g-1,循环5000圈后容量保持率为90.1%。
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