【摘 要】
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超级电容器由于其功率密度高、温度特性好以及循环寿命长等特点,已成为储能领域的研究热点,但仍存在着能量密度低,造价高昂等缺点,限制了其大规模商业化使用前景。过渡金属硫族化合物因其理论比容量高、氧化还原反应活性高、价格低廉等优点,成为了超级电容器研究的热点电极材料。然而,过渡金属硫族化合物存在着倍率性能差、循环稳定性低等缺点,严重影响了其在超级电容器的应用。针对这些问题,本论文采用与导电基质复合、微观
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超级电容器由于其功率密度高、温度特性好以及循环寿命长等特点,已成为储能领域的研究热点,但仍存在着能量密度低,造价高昂等缺点,限制了其大规模商业化使用前景。过渡金属硫族化合物因其理论比容量高、氧化还原反应活性高、价格低廉等优点,成为了超级电容器研究的热点电极材料。然而,过渡金属硫族化合物存在着倍率性能差、循环稳定性低等缺点,严重影响了其在超级电容器的应用。针对这些问题,本论文采用与导电基质复合、微观结构调控、优化材料组成等手段,提升过渡金属硫族化合物的比电容、倍率性能、循环稳定性等电化学性能,同时探究其构效关系。本论文的主要研究结果如下:(1)协同纳米结构化NiCo2S4电极的制备及性能研究:为了提升电化学活性材料的负载量,暴露出更多的活性位点,进而提升电极的电子传输速率,采用电化学沉积法使泡沫镍成为纳米结构化多孔泡沫镍骨架作为集流体,并通过水热沉积法在纳米结构化多孔泡沫镍表面生长NiCo2S4纳米片有序化结构,从而构建出协同纳米结构化NiCo2S4电极。此协同结构具备大比表面积,缩短了离子扩散距离,提升电极初始容量的同时很大程度上改善了倍率性能和循环稳定性。电极在2.5 A g-1的电流密度下比容量为1223.8 C g-1,电流密度增大至148.5 A g-1时电容保持率为53.4%;充放电循环10000次后电容保持率为94.56%;所组装的器件在功率密度为425.7 W kg-1时,能量密度为76.7 Wh kg-1。(2)Co掺杂Ni3Se4分级纳米结构的制备及性能研究:为了简便、高效的获取本征电导率高和结构稳定性好的电极材料,采用化学浴方法制备了分级纳米结构的Co掺杂Ni3(NO3)2(OH)4作为前驱体,再通过水热法进行离子交换制备了Co掺杂Ni3Se4。通过利用过渡金属硒化物本征高电导率和Co离子掺杂的策略有利于提升电极的导电性,同时电极的自支撑结构和Ni和Co之间的协同效应增强了其结构稳定性。电极在2.2 A g-1的电流密度下比容量为1321.8 C g-1,电流密度增大至44 A g-1时电容保持率为50.6%;充放电循环40000次后电容保持率为77.2%;所组装的器件在功率密度为404.0 W kg-1时,能量密度为58.7 Wh kg-1。
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