【摘 要】
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开发高性能的储能装置对解决传统化石燃料过度消耗和不合理利用造成的环境污染和能源危机具有重要意义。在各种储能装置中,超级电容器以其高功率密度、快充放电速度、长循环寿命和环境友好等优点受到研究人员的青睐。能量密度低是其发展面临的重要挑战,因此需要开发高性能的电极材料。镍锰基材料具有高的理论比容量和宽的工作电压窗口等优点,是一种有发展前景的电极材料。因此,合理设计和制备高性能的镍锰基电极材料有重要意义。
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目（22078215,21671147）； 山西省自然科学基金优秀青年项目（201901D211117）；
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开发高性能的储能装置对解决传统化石燃料过度消耗和不合理利用造成的环境污染和能源危机具有重要意义。在各种储能装置中,超级电容器以其高功率密度、快充放电速度、长循环寿命和环境友好等优点受到研究人员的青睐。能量密度低是其发展面临的重要挑战,因此需要开发高性能的电极材料。镍锰基材料具有高的理论比容量和宽的工作电压窗口等优点,是一种有发展前景的电极材料。因此,合理设计和制备高性能的镍锰基电极材料有重要意义。本文采用一步水热法,首先在泡沫镍基底上合成了Ni（OH）2/Mn CO3复合物,并对它们的结构和电化学性能进行研究;为了进一步提高其性能,以Ni（OH）2/Mn CO3复合物为模板,选取硫代乙酰胺和硫脲两种硫源,通过二次水热反应将Ni（OH）2/Mn CO3原位硫化,成功得到Ni-Mn-S复合材料。具体研究内容如下:（1）采用简单的一步水热法,通过调控反应溶液中Ni2+和Mn2+比例及CO（NH2）2和NH4F比例,在泡沫镍基底上直接合成Ni（OH）2/Mn CO3复合电极,当Ni2+:Mn2+=2:1,CO（NH2）2:NH4F=3:1时合成的样品由超薄纳米片交织形成均匀的网状结构,展现出良好的电化学性能。在1A/g的电流密度下显示出193.1 m Ah/g的比容量。此外,以Ni（OH）2/Mn CO3为正极,组装的混合超级电容器在1A/g时可输出19.4 Wh/kg的能量密度。（2）以硫代乙酰胺为硫源,通过二次水热对Ni（OH）2/Mn CO3原位硫化,成功地制备出均匀的立体结构的Ni-Mn-S（TAA）复合物。Ni-Mn-S（TAA）电极在1 A/g时显示出383.4 m Ah/g的比容量,在连续进行10000次充放电循环后,其容量保持率为90.6%,相比于硫化前Ni（OH）2/Mn CO3电极比容量得到明显提升;组装的Ni-Mn-S（TAA）//AC器件可以输出52.7 Wh/kg的能量密度,以此器件为电源,可以成功点亮LED灯并驱动迷你小风扇转动。（3）以硫脲为硫源对Ni（OH）2/Mn CO3原位硫化,成功合成块状结构的Ni-Mn-S（TU）复合物。Ni-Mn-S（TU）电极在1 A/g时比容量为267.1 m Ah/g;组装的Ni-Mn-S（TU）//AC器件可以输出48.8 Wh/kg的能量密度,该器件可以成功点亮五种不同颜色的LED灯并且驱动迷你小风扇转动,显示了所制备电极潜在的应用价值。
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