过渡金属硫化物/氧化物电极材料的制备及其超级电容器性能的研究

作     者：孙瑶馨 

作者单位：上海应用技术大学 

学位级别：硕士

导师姓名：蒋继波

授予年度：2020年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：镍钴硫化物 镍钴氧化物 铜钴硫化物 金属有机骨架 非对称超级电容器 

摘      要：开发高性能、高能量密度和高功率密度的超级电容器,一直是可再生能源领域中的研究热点。过渡金属硫化物、氧化物具有多个活性位点,可加快电子传递和传质速度并能促进电解质向纳米电极内部扩散。基于此,本研究设计合成了三种具有潜在应用前景的储能电极材料,主要研究内容如下:1.采用一步溶剂热法（SL,Solvothermal）合成松塔状结构的Ni-Co-Sx纳米阵列。经过优化的Ni-Co-S4材料具有较高比电容（2215 F g-1在0.5 A g-1的电流密度）,并且10000次循环后电容器保留率依然为90.16%。此外,将Ni-Co-S4作为阳极与作为阴极的活性炭,组装成高性能不对称超级电容器（Ni-Co-S4//AC）,电化学测试结果表明,此超级电容器装置具有36.6 W h kg-1的高能量密度,并且两个串联的Ni-Co-S4//AC能够点亮LED长达15分钟。2.利用溶液法（Solution method）在泡沫镍上沉积Co-MOF材料,并以此为前驱体（Co-MOF/NF）。采用电化学沉积的方法,在此前驱体Co-MOF/NF表面电沉积Ni-Co合金,从而制备出一种无粘结剂和导电添加剂的Ni-Co@Co-MOF/NF纳米电极材料。Ni-Co@Co-MOF/NF材料完整均匀的覆盖在前驱体上,形成了类似纳米蜂窝状的三维交叉多孔结构。Ni-Co@Co-MOF/NF电极在1 A g-1电流密度下比电容高达2697.5 F g-1。以Ni-Co@Co-MOF/NF为阳极材料,活性炭（AC）为阴极材料,组装成非对称超级电容器Ni-Co@Co-MOF/NF//AC表现出良好的循环稳定性（10000次循环后电容器保留率80.2%）和最大能量密度61.4 W h kg-1（功率密度为853 W kg-1）。3.以金属有机骨架（Co-MOF）为模板,利用循环电沉积方法（EC,electrochemical co-deposition）,通过改变镀浴液温度在其上制备出CuCo2S4纳米材料。研究结果表明,当温度为45℃时,可制备出高性能的电极材料（CuCo2S4-45）,其微观形貌具有独特的多孔三维立体的超薄蜂窝状结构。CuCo2S4-45材料在1 A g-1下比电容达到3079 F g-1,当电流密度增大到20 Ag-1,比电容为2512 F g-1。与活性炭（AC）组成非对称超级电容器CuCo2S4-45//AC具有优异的循环稳定性（10000次循环后保留率为82.02%）,最大能量密度63.6 W hkg-1（功率密度为700 Wkg-1）,说明该材料具有巨大的实际应用性。