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近年来,随着新能源汽车行业快速推进,动力电源迅速发展成为企业界投资的热点,人们致力于开发具有高能量密度、高功率密度的新型能量存储器件与装置。作为一种可充电的储能器件,超级电容器具有循环寿命长、安全系数高、充放电快等优势,极具应用前景。在众多的超级电容器电极材料中,Ni3S2因具有较高的理论比电容和电导率,同时具有较高的氧化还原活性,成本低、易于制造以及环境友好等优势,近年来一直备受关注。本文利用溶剂热法在泡沫Ni表面原位合成Ni3S2电极材料,获得了电化学性能优异的超级电容器用Ni3S2@泡沫Ni复合电极,并研究了Ni3S2的生长机理和Faradaic反应机理,为Ni3S2纳米晶体的可控生长和电化学性能评价提供了参考。主要研究结果如下:(1)以泡沫Ni为唯一镍源,Na2S·9H20为硫源,无水乙醇为反应溶剂,采用溶剂热法在120℃下实现了泡沫Ni集流体与Ni3S2电极材料的三维纳米网络构建,合成了具有优异电化学性能的Ni3S2@泡沫Ni复合电极,构建了“硫化钠-乙醇”体系Ni3S2@泡沫Ni复合电极“微结构—性能”的关系。在120℃反应温度下,泡沫Ni表面的Ni3S2活性材料具有发达的三维介孔网络结构,Ni3S2纳米片的厚度约为15-20nm,比表面积高达50.55 m2/g。在5mA/cm2电流密度下,该复合电极面电容达到5.92F/cm2。当电流密度增大到60 mA/cm2时,面电容仍高达3.31 F/cm2,容量保持率为55.91%。在60 mA/cm2电流密度下循环5000次后其面电容仍能保持初始的97%,具有优异的循环稳定性。(2)通过中间反应产物的研究,揭示了三维多孔纳米网络结构Ni3S2活性材料的生长过程及反应机理,阐述了“硫化钠-乙醇”体系下泡沫Ni表面原位硫化生长机制。在无水乙醇中,通过Na2S℉9H2O中S2-的缓释,泡沫Ni在溶解02和S2-的共同作用下,一步氧化硫化合成Ni3S2活性电极材料。此外,揭示了Ni3S2活性材料两步氧化和三步还原的电极反应过程,并提出了Ni0与Ni3+之间可逆转换的Faradaic反应机理。(3)以6MKOH溶液为电解液、Ni3S2@泡沫Ni复合电极用作正极、泡沫Ni用作负极,设计并制作了 Ni3S2@Ni//NF非对称超级电容器组:该超级电容器组在938.98 W/kg功率密度下,具有高达55.79 Wh/kg的能量密度。此外,该超级电容器组应用于实际电路中,在5 mA/cm2电流密度下充电至4.5 V后,点亮71只LED显示板并持续超过10 min.,显示了较好的应用前景。(4)以泡沫Ni为唯一镍源,采用“硫代乙酰胺-水合肼”体系,通过溶剂热法在65 ℃合成了Ni3S2@泡沫Ni复合电极。当硫代乙酰胺的浓度为0.8 mol几时,Ni3S2活性物质呈现为一种多孔膜以及微球共同构建的复合结构。该电极在5 mA/cm2电流密度下的面电容可达到3.78 F/cm2,当电流密度增达到60 mA/cm2时,其面电容仍维持在1.15 F/cm2。在540.81 W/kg功率密度下其能量密度高达55.97 Wh/kg,当功率密度大幅度增加到4990.73 W/kg时,其能量密度仍达到13.31 Wh/kg。