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随着工业经济的发展和人民生活质量的提高,能源消耗日益增长,储存可再生的太阳能、风能等绿色能源成为解决能源危机和环境污染的重要途径。超级电容器是一种新型的储能器件,具有高的功率密度、高的能量密度、长的使用寿命和环境友好等优点,成为了最有前景的储能器件之一。电极材料是超级电容器的核心组成,其电化学性质的优化是提高超级电容器储能性能的主要途径。对于处于发展阶段的超级电容器电极材料,目前的科学研究主要集中在寻找高理论电容值、高导电性的电极材料,或者合理构建高比表面积的片、带、管等结构或复合结构来提高电极材料的利用率。硫钴镍具有高的理论电容值、高的导电性、良好的循环性能、环境友好等优点,因此成为了目前超级电容器电极材料研究的热点之一,而且管状的硫钴镍表现出最好的电化学性能。本文根据柯肯达尔效应合成不同镍钴比的硫钴镍Ni3-xCoxS4,研究镍钴比对 Ni3-xCoxS4电化学性质的影响;为了进一步提高硫钴镍电极材料的面电容,又采用了化学复合手段,合成了核壳异质结构的NiCo2S4@NiCoxSy。 本研究主要内容包括:⑴通过二步水热的方法,在碳布上成功合成了四种镍钴比的镍-钴硫化物Ni3-xCoxS4,即Ni1.5Co1.5S4(Co-1.5)、NiCo2S4(Co-2)、Ni0.75Co2.25S4(Co-2.25)、Ni0.5Co2.5S4(Co-2.5)。⑵随着Ni3-xCoxS4中钴元素的增多,Ni3-xCoxS4纳米管长度不断增加,四种镍钴比的Ni3-xCoxS4壁厚几乎不变,都为30 nm左右的纳米管;Ni3-xCoxS4的晶体结构也不因镍钴比的不同而变化。以碳布为基底的Ni3-xCoxS4纳米管阵列电极,Co-2.25的电化学性能最佳,在电流密度为1A/g时,比电容达到1856F/g;并且具有很好的倍率性能,电流密度增加50倍,还能保持1633F/g的高电容;电极优良电化学性能,源于电极材料合理的形貌和成分的共同作用。⑶通过电化学沉积的方法,在NiCo2S4纳米管阵列的基础上合成了核壳异质结构的NiCo2S4@NiCoxSy,得到了相对高的面电容;电化学沉积次数为8次时,电容值最高,电流密度为1mA/cm2时,面电容达3.9F/cm2;高的面电容,源于核壳异质结构的合理设计。