镍钴硫多级结构电极材料的制备及赝电容性能研究

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随着全球经济的快速发展,化石燃料的日益枯竭,和环境污染日趋严重,毫无疑问,能源危机是现代社会面临的最紧迫和最关键的问题之一[1-3]。日益增长的能源需求引发了全世界范围的关注和担忧,人类迫切需要开发环保、高效、低成本的生产和储存能源[4]。在众多储能技术和设备中,超级电容器因其高的功率密度、快速的充放电速率、良好的循环稳定性和环境友好性等优势,引起广泛关注,而成为新型的热门的储能器件[5,6]。我国现在大力倡导新能源,上海的奥威公司生产的超级电容器公交车已经运行,超级电容器在其他方面也有实际的应用。超级电容器作为新型的储能器件是有很大的应用前景的。而电极材料是超级电容器最关键的因素。近年来,镍钴双金属硫化物成为超级电容器电极材料的研究热点。在一些报道中镍钴双金属硫化物不仅表现出优异的电性能,而且在实际应用中也取得很好的成就。本文以溶剂热的方法合成镍钴硫多级结构电极材料以及镍钴硫与碳材料的复合材料,并研究它们的赝电容特性,主要内容如下:(1)本文以六水氯化钴、六水氯化镍为金属源,硫脲作为硫源,乙醇和乙二醇作为溶剂,成功合成了Co0.5NiS2样品材料。利用X射线衍射仪(XRD)分析Co0.5NiS2样品材料的晶型,场发射扫描电镜(FESEM)分析Co0.5NiS2样品材料的形貌。FESEM图显示出的形貌,呈类球形的多级结构镍钴硫。将样品作为电极材料,利用三电极体系,测试Co0.5NiS2作为赝电容材料的电性能。在电流密度为在电流密度为1 A g-1,2 A g-1,3 A g-1,5 A g-1,10 A g-1,20 A g-1和30 A g-1的条件下,比电容分别为1473 F g-1,1441 F g-1,1426 F g-1,1400 F g-1,1362F g-1,1210F g-1,1070 F g-1。并且在5 A g-1循环2000圈,电容保持率为61.7%。(2)在前一章的基础上,这章加入2D结构的碳材料g-C3N4。由场发射扫描电镜(FESEM)和投射电子显微镜(TEM)测试的结果,可知g-C3N4是生长在Co0.5NiS2的表面,这使得Co0.5NiS2的表面具有更多的活性位点提供离子氧化还原反应的场所。电性能测试结果说明g-C3N4的加入使得电性能增加。恒电流充放电测试结果:当电流密度为30,20,10,5,3,2,1 A g-1时的比容量分别为1200,1304,1390,1465,1500,1521,1550 F g-1。电流密度增加到30 A g-1时电容保持77.4%,说明该材料由良好的倍率性能。在5 A g-1循环2000圈,电容保持率为71.9%。g-C3N4的加入增加活性位点也增加了导电性,说明g-C3N4与镍钴硫化物复合材料作为电极材料的新的研究方向。充分利用碳材料的良好导电性和金属硫化物高的比电容。以Co0.5NiS2@g-C3N4为正极材料,氧化石墨烯(RGO)为负极材料,组装不对称电容器时,最大的能量密度为19.6 Wh/kg,最大的功率密度为1470 W/kg。这些测试结果说明Co0.5NiS2@g-C3N4是比较有前途的赝电容电极材料。
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