随着经济的发展,人们对高效、安全、可持续的电子设备储能装置的需求日益增加。超级电容器因为具有高功率密度,优异的电化学可逆性和长循环稳定性等特点被认为是城市电网和电动汽车中最有希望的能量储存候选者之一。然而超级电容器的储能密度和功率密度仍需提升,因此开发具有高能量密度和高功率密度的电极材料成为进一步提升电容器性能的重要途径。本文选用成本低、环境友好、导电性好的镍钴硫化物为研究对象,通过改变实验过程中硫化物的组成、形貌,制备具有高能量密度、长循环寿命的双壳层纳米材料。具体研究内容如下:通过溶剂热合成法制备了NiCo醇盐前驱体,然后以NiCo醇盐前驱体为自模板依靠离子交换反应进行硫化制备双壳层硫化物NiCo₂S₄。实验过程分别选用硫代乙酰胺（TAA）,硫脲（TU）,硫粉（S）和硫化钠（Na₂S）作硫源。其中以TAA和TU作硫源可形成NiCo₂S₄双壳层结构,NiCo₂S₄-TU较NiCo₂S₄-TAA有次级粒子堆积现象;以S粉为硫源形成的是互相粘连的小球;以Na₂S为硫源形成不规则的花状结构。进一步分析NiCo₂S₄的电化学性能可知,NiCo₂S₄-TAA表现出优于NiCo₂S₄-TU的电化学性能。在电流密度为0.5 A g^-1时比电容达2064 F g^-1且在高电流密度20 A g^-1时比电容仍有1291 F g^-1。在10 A g^-1循环充放电2000次后电容保持率为57.8%。TAA做硫源合成的NiCo₂S₄是由小颗粒聚集而成,较小的颗粒有利于提高电解质离子的扩散速率。因为较好的导电性能和电解质离子扩散速率,所以NiCo₂S₄-TAA表现出优异的电化学性能。动力学机制分析可知,NiCo₂S₄-TAA表面控制电容和扩散控制电容较NiCo₂S₄-TU均有提升。因此,在本实验条件下TAA是制备NiCo₂S₄电极材料的最佳硫源。基于TAA为硫源所制备的空心结构硫化物表现出了优异的电容性能,通过原子级结构替换掺杂工程设计制备了双壳层Ni_xCo_3-xS₄球。Ni替换Co后,Ni_xCo_3-xS₄的内部壳层结构随着Ni替换量的增加内壳层的厚度逐渐变薄。电化学性能测试表明,与其它Ni替换量硫化物相比,Ni_1.5Co_1.5S₄表现出优异的电化学性能。在电流密度为0.5 A g^-1下比电容为2210 F g^-1,在较高的电流密度20 A g^-1时比电容仍有1154 F g^-1,并且在电流密度为5 A g^-1下循环3000次后电容保持率87.0%。Ni_1.5Co_1.5S₄的优异电化学性能可归因于优化的Ni替换量,这在一定程度上改善了电极材料的电导率并加快了OH^-的扩散速度。对比Ni替换Ni_xCo_3-xS₄与Co₃S₄电极的储能动力学和电容贡献,Ni替换Ni_xCo_3-xS₄电极材料的表面控制电容和扩散控制电容较Co₃S₄均有提升,表明Ni替换可同时提升表面控制电容和扩散控制电容。由Ni_1.5Co_1.5S₄与活性炭组成的Ni_1.5Co_1.5S₄//AC非对称电容器在功率密度为0.15 kW kg^-1时电容器的能量密度为36.94 Wh kg^-1,在功率密度为7.5 kW kg^-1时能量密度为18.13 Wh kg^-1并且能点亮蓝色LED小灯。