镍基双金属硫化物复合材料的制备及其电容性能研究

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超级电容器以其成本低廉、性能优异、绿色环保、工作高效等特点备受关注。镍基金属硫化物具有很高的电化学活性和理论容量,是很好的超级电容器电极材料,然而镍基单金属硫化物电极材料在导电性以及电化学性能方面很难取得令人满意的结果,其较宽的禁带宽度限制了电子载流子的数量及利用效率。镍基双金属复合材料则可能产生本征特征上的优势互补和协同作用,获得更有益的超电性能。因此,本文采用两步水热法和静置法成功制备了两种以泡沫镍为基底的镍基双金属硫化物PPy@Fe Ni2S4@NF和PPy@Ni Co2S4@NF电极材料。通过一系列现代分析测试技术对材料的组成、微观形貌以及电容性能进行了研究。具体内容如下:(1)以泡沫镍为基底,通过水热法生长Fe Ni2S4纳米片,然后采用静置法与PPy材料进行包覆,成功制备PPy@Fe Ni2S4@NF电极材料。采用XRD、FT-IR、XPS、SEM、TEM等测试手段研究了PPy@Fe Ni2S4@NF材料的元素组成以及价态分布,并且观察材料核壳的纳米片型结构。电化学研究表明,在电流密度为1A/g时,电极材料呈现了3908.5 F/g的比电容,在电流密度为10 A/g时的比电容值为2313.8 F/g。电极材料的电荷转移电阻,约为1.4Ω。电极材料在10 A/g的电流密度下重复进行5000次CP测试,最终的比电容为3181.1 F/g,是初始比电容的81.4%。将所制备的材料作为活性电极与活性炭组装成电容器,其能量密度和功率密度分别为47.2 Wh/kg和699.9 W/kg。(2)采用水热法在泡沫镍表面生长Ni Co2S4纳米线阵列,然后通过静置法将其与PPy材料进行包覆,制备了PPy@Ni Co2S4@NF复合材料。采用XRD、FT-IR、XPS、SEM、TEM等分析技术表征了PPy@Ni Co2S4@NF材料的元素组成、价态分布以及材料的纳米线型结构。电化学研究表明,在电流密度为1 A/g时,电极材料的比电容是5142.8 F/g,在电流密度为10 A/g时,电极材料的比电容为2669.1 F/g,并且电极材料具有较小的电荷转移电阻,约为0.3Ω。电极材料在10 A/g的电流密度下重复进行5000次CP测试,最终的比电容为4783.8F/g,是初始比电容的93.0%。将所制备的材料作为活性电极与活性炭组装成电容器,表现出67.1 Wh/kg的能量密度以及800.0 W/kg的功率密度。
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