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能源是经济发展的驱动力,传统化石能源的大量开采和消耗一定程度上推动了世界经济的发展,但同时也带来了严重的环境问题,在环境污染和能源危机两大全球性问题日益突出的今天,世界各国都在寻找解决经济发展与环境污染之间矛盾的出路。显然21世纪的经济增长不能再只依靠化石能源的消耗,大力发展清洁的新能源成为世界各国不约而同的战略决策。由于新能源的存在形式多种多样,并不是每一种形式的新能源都能直接或方便使用,如核能、风能、潮汐能等,通常是将这些新能源转化为电能加以储存。因此储能装置和储能技术直接决定了新能源的开发范围和利用效率。化学电源就是一种能够储存电能的储能装置,应用十分广泛。尤其是最近十几年发展起来的锂离子电池,由于它比传统蓄电池拥有更高的比能量、更大的放电电流、更长的循环寿命,且储能效率可以达到90%以上,锂离子电池的应用已经涉及到当代人类生活的方方面面,小到各种轻便式电子领域,大到现代的电动汽车行业。除了已经商业化的锂离子电池外,锂硫电池也是一种非常有应用前景的化学电源,其理论能量密度是现有锂离子电池的5到6倍,极有望应用于下一代电动汽车,实现续航延长至500公里以上。此外,超级电容器也是一种应用广泛的化学电源,而且制备简单,形式灵活多样。一种可以编制的线型超级电容器在未来可穿戴电子领域具有独特的应用前景。 本研究主要内容包括:⑴采用简单的一锅煮式水热反应成功制备了银耳状MoS2。该水热反应主要涉及两个过程,首先前驱体MoO3与溶液中的Na+、K+和F-离子作用转化成多面体中间体K2NaMoO3F3和K3Mo2O4F5,然后该中间体充当刻蚀基底与由 SCN?离子水解产生的S2反应形成最终产物。所制备的银耳状MoS2的002晶面间距有所扩张,这对锂离子的嵌入和脱嵌非常有利。当把它用作锂离子电池负极材料时,它能表现出较好的电化学性能。50次循环后,比容量仍能保持在693mAhg1;在4800mAg1的大倍率电流下,仍有252mAhg1的高比容量。⑵采用一种简单的振荡乳化法制备出石墨烯包覆的聚(N?乙烯基咔唑)/硫复合物(PVK/S@RGO)。这种复合物是由内部连通的导电聚合物与硫的复合物核心和外部导电的还原氧化石墨烯外壳两部分组成,其内部是由大颗粒硫整合到PVK网络中构成的复合物核心。PVK在不同的过程中扮演着不同的重要角色。在乳化过程中,PVK可以作为分散剂,防止硫粒子过度聚集。在充放电过程中,PVK能充当额外的电活性粘结剂和屏障,增强电极稳定性,容忍体积变化,减少聚硫化物穿梭。我们将所制得的PVK/S@RGO复合物用作锂硫电池正极材料时表现出杰出的循环性能和倍率性能。1C电流下,放电比容量高达843.5mAhg1,且从第20次到第400次循环的容量保持率高达77%(相当于每次循环容量只衰减0.07%),相应过程的平均库伦效率超过94%。⑶采用一种简单的模具法制备出具有空心结构的石墨烯/聚(3,4-乙撑二氧噻吩)(RGO/PEDOT)复合纤维和纯石墨烯(RGO)纤维。这种石墨烯基空心纤维表现出优异的机械性能和电化学性能。由两根空心RGO/PEDOT复合纤维作为电极,PVA/H3PO4凝胶作为电解液组成的全固态线型超级电容器,在0.08 mA cm?2的电流密度下,释放的单电极比电容高达304.5mFcm2(8.1 mF cm?1或143.3 Fcm3),是已经存在的线型电容器单电极比电容的2到8倍。在16.6μW cm?2(基于电容器整体)的功率密度下,相应的电容器整体的能量密度高达6.8μWhcm2。据我们所知,这是迄今为止固态线型超级电容器领域里的最高纪录。不仅如此,500次弯曲后容量几乎保持不变,即使循环10000次,电容仍能保持96%。