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超级电容器作为快速升级的储能装置,由于其高功率密度,快速充放电过程,环保性和长使用寿命,引起了广泛的研究兴趣。随着混合电动汽车和移动电子装置能源需求的增加,迫切需要探索具有高比电容、高导电性、及电化学稳定的新材料,以满足储能要求。近年来,由于过渡金属氧化物,氢氧化物和硫化物(如NiO、Co3O4、Ni(OH)2、NiCo2S4等)具有低成本、低毒性、大电容以及良好的热稳定性等特性而广泛应用到赝电容器领域。然而,这些赝电容材料的导电性差,造成了电子转移速率的降低,导致电容的巨大损失并限制其实际应用。聚吡咯(PPy)是一种重要的导电聚合物,具有良好柔韧性、导电性及储能性能,因此被认为是一种极具利用价值的超级电容器功能材料。在本研究中,我们采用了自降解模板法合成了聚吡咯纳米管(PNTs),然后在其表面负载Ni(OH)2纳米颗粒和NiCo2S4纳米片,对其超级电容器电化学性能进行系统研究。主要内容和结果如下:(1)PNTs/Ni(OH)2电极材料的制备及超级电容器性能研究使用甲基橙和氯化铁形成的纤维复合物作为自然降解管状模板与水热合成相结合的简便而新颖的方法,在聚吡咯纳米管上生长氢氧化镍纳米粒子(Ni(OH)2/PNTs)。通过SEM、TEM、FTIR、XRD和XPS表征Ni(OH)2/PNTs样品,结果表明:成功制备出Ni(OH)2/PNTs复合材料且Ni(OH)2纳米颗粒均匀的分布在PNTs的表面。电化学测试表明:Ni(OH)2/PNTs在三电极测试中所获得的电化学性能与单独的Ni(OH)2和PNTs以及先前报导的基于Ni(OH)2或PNTs的复合电极材料相比显示出显着增强的比电容(864 F/g,1A/g),更好的倍率性能,更低的电荷转移电阻和较高的循环性能(在电流密度为5 A/g循环2000圈后电容保持为91.1%)。此外,两电极装置中,Ni(OH)2/PNTs组成的对称超级电容器在功率密度为414.6 W/kg时的最大能量密度为18.8 Wh/kg,能量密度为8.4Wh/kg时最大功率密度为3.4 kW/kg。Ni(OH)2/PNTs的高电化学性能可归因于两种组分协同作用和独特的纳米结构。这些结果表明Ni(OH)2/PNTs可用作超级电容器能量储存中有潜力的电极材料。此外,本文所述方法为构建过渡金属氧化物(氢氧化物)/PNTs复合纳米结构提供新途径,用来增强超级电容器的电化学性能。(2)NiCo2S4纳米片包裹PNTs壳-芯复合材料的制备及超级电容器性能研究我们通过油浴和水热相结合的方法在预合成的导电聚吡咯纳米管上包裹NiCo2S4纳米片,用来形成分层NiCo2S4@PNTs核壳纳米结构,旨在增强NiCo2S4的电子传输和电化学稳定性。通过SEM、TEM、FTIR、XRD、EDX和XPS表征PNTs@NiCo2S4样品。结果表明:PNTs@NiCo2S4成功合成,NiCo2S4纳米片均匀涂覆在PNTs上。电化学测试表明:PNTs@NiCo2S4表现出比纯NiCo2S4和其他NiCo2S4基底材料较低电荷转移电阻(0.55?)和高比电容(911 F/g,1A/g)。此外,在5 A/g电流密度下循环4000次后比电容得到93.2%的保持率,表明PNTs@NiCo2S4具有优异的稳定性。此外,用PNTs@NiCo2S4构建的对称超级电容器在417 W/kg下显示出21.3 Wh/kg的高能量密度,11.3 Wh/kg下显示出8.6kW/kg的高功率密度和良好的循环稳定性(在电流密度为5 A/g下4000次循环后的有91.6%的电容得到保持)。PNTs@NiCo2S4的显着性能主要是由于PNTs的良好导电性,新颖的核-壳结构以及NiCo2S4和PNTs的协同作用。结果表明,PNTs@NiCo2S4是有前景的超级电容器材料。