硫?qū)倩衔锛{米陣列電極制備及超電性能研究.pdf

1、超級電容器作為一種介于電池和傳統(tǒng)靜電電容器之間的高效儲能裝置，具有功率密度高、可快速充放電、循環(huán)壽命長等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于移動通信、消費(fèi)電子、航空航天等諸多領(lǐng)域，近年來，其在電動汽車領(lǐng)域也表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用價值和市場潛力，因而受到了越來越多的研究重視。電極材料是超級電容器的核心部分，直接決定其綜合性能。納米過渡金屬硫?qū)倩衔锞哂泻芨叩睦碚摫入娙莺洼^低的電阻，是一類很有應(yīng)用前景的超級電容器電極材料。本論文采用具有三維多孔結(jié)構(gòu)的高導(dǎo)電泡沫鎳為

2、基底，成功構(gòu)筑出了幾種獨(dú)特的三維納米陣列結(jié)構(gòu)，相比于傳統(tǒng)粉體電極材料，這種在泡沫鎳上直接生長的納米陣列結(jié)構(gòu)集成電極具有獨(dú)特的幾何/形貌特點(diǎn)以及優(yōu)異的電化學(xué)性能。一方面，與高導(dǎo)電泡沫鎳基底緊密接觸的納米陣列具有更大的反應(yīng)活性面積，同時可以為電子提供更多的快速傳輸通道;另一方面，這種納米陣列結(jié)構(gòu)集成電極的設(shè)計避免了后續(xù)復(fù)雜的電極加工過程，同時不使用粘接劑，大大降低了電阻。本論文旨在設(shè)計開發(fā)出簡便且有效的合成方法，在3D泡沫鎳上設(shè)計制備出幾種

3、具有不同成份、形貌和維度的過渡金屬硫?qū)倩衔锛{米陣列結(jié)構(gòu)，并直接用作超級電容器的電極，系統(tǒng)研究其超級電容器性能及電化學(xué)儲能機(jī)理，主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)采用水熱反應(yīng)和離子交換的合成方法，在泡沫鎳基底上成功制備出了自支撐的Co9S8和Co0.85Se一維納米陣列結(jié)構(gòu)。這兩種電極材料均表現(xiàn)出很高的比電容(當(dāng)電流密度為4A g-1時，Co9S8納米針束陣列結(jié)構(gòu)和Co0.85Se納米管束陣列的比電容分別為1400F g-1和1394

4、F g-1;電流密度2mA cm-2時，面電容分別為3.34F cm-2和3.28F cm-2。)和優(yōu)秀的循環(huán)穩(wěn)定性能。
　　(2)以泡沫鎳為反應(yīng)原料及基底，采用兩步水熱反應(yīng)制備出Mn、Co雙摻雜的二維硫化鎳納米片陣列(Mn，Co-Ni3S2)。該納米片陣列結(jié)構(gòu)主體成分為Ni3S2，通過調(diào)節(jié)Mn、Co離子的摻雜量，可以有效的改進(jìn)電極材料的電化學(xué)性能。系統(tǒng)研究表明，當(dāng)Mn2+和Co2+用量分別為1mmol和0.5mmol時，電化學(xué)性

5、能達(dá)到最佳，在2mA cm-2電流密度下面電容達(dá)到4.0F cm-2，同時經(jīng)過2000次循環(huán)充放電后，比電容仍可以保持在90％以上。
　　(3)在上述兩項(xiàng)一元過渡金屬硫化物納米結(jié)構(gòu)陣列研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步在泡沫鎳基底上設(shè)計制備出了Mn元素表面摻雜修飾的雙金屬二元硫化物NiCo2S4二維納米片陣列結(jié)構(gòu)。該集成復(fù)合電極表現(xiàn)很好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和綜合電化學(xué)性能，同時通過改變反應(yīng)體系中Mn2+的用量，可以對其電化學(xué)性能進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，研究結(jié)果表

6、明，當(dāng)反應(yīng)體系中Mn2+用量為1mmol時，電極材料(1M-NiCo2S4)的綜合電化學(xué)性能達(dá)到最佳，2mAcm-2電流密度下面電容高達(dá)4.6F cm-2，高于單獨(dú)的NiCo2S4納米片陣列電極材料及本文中Co9S8，Co0.85Se，Mn，Co-Ni3S2單金屬硫化物電極，同時具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性能。
　　(4)以泡沫鎳上1M-NiCo2S4納米片陣列為電極材料，設(shè)計制造了以法拉第贗電容為主的對稱式超級電容器。該超級電容器電化學(xué)