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镍钴硫化物及其复合体系的设计与电化学性能研究

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镍钴硫化物及其复合体系的设计与电化学性能研究

作者：万子其合肥工业大学

学位级别：硕士

锂离子电池具有比容量高、电压高以及工作温度范围宽等优点。但是在充放电过程中,由于电极材料晶体结构发生变化以及正负极材料与电解液不匹配等原因,锂离子电池在保持较高比容量时不能同时拥有良好的循环稳定性。因此需要设计和开发比... 详细信息

锂离子电池具有比容量高、电压高以及工作温度范围宽等优点。但是在充放电过程中,由于电极材料晶体结构发生变化以及正负极材料与电解液不匹配等原因,锂离子电池在保持较高比容量时不能同时拥有良好的循环稳定性。因此需要设计和开发比容量高、循环寿命好的负极材料。镍钴硫化物由于其优异的氧化还原活性;氧化石墨烯(GO)具有高比表面积、富氧和缺陷等特点;金属有机框架(MOFs)衍生的材料,具有超高的孔隙率、丰富的结构多样性、高比表面积和拓扑可调的结构,是一种非常具有潜力的锂离子电池的负极材料。本文首先通过溶剂热法制备镍钴硫化物纯相,探究硫化温度对材料性能的影响。其次以MOFs材料为基体材料,通过控制不同镍钴比例制备了不同的多孔镍钴硫化物@硫掺杂碳复合材料,研究了镍钴比例对其电化学性能的影响。利用氧化石墨烯独特的性质和结构特征提高镍钴硫化物@硫掺杂碳复合材料的电化学性能。主要研究内容和结果如下:(1)为了制备片状镍钴硫化物纯相,通过溶剂热法和高温退火硫化工艺成功制备了一种片球状镍钴硫化物,分别研究了不同硫化温度对其结构特征的影响,在倍率循环测试中,0.1 A g的电流密度下,初始比容量在1000 m Ah g左右,但是比容量衰减明显,在5 A g的电流密度下,比容量仅有不到100 m Ah g,这归因于充放电过程中,电极材料的形貌破坏导致循环稳定性较差,有待后期工作改善。(2)为了改善单一镍钴硫化物纯相的结构稳定性,以MOF-74为前驱体,通过高温硫化退火处理,获得多孔镍钴硫化物@硫掺杂碳复合材料。分别研究了不同镍钴比例对其结构和性能的影响,镍钴比例相同时制备的多孔镍钴硫化物@硫掺杂碳复合材料提供了最佳可逆Li存储容量,在0.1 A g的电流密度下,充放电3次比容量达到999.1 m Ah g,在5A g的电流密度下,循环500圈后,容量保持率为86.8%,循环稳定性较好。(3)为了进一步提高材料的循环稳定性。以MOF-74/GO为前驱体,通过高温硫化退火处理,获得了三维多孔镍钴硫化物@硫掺杂碳/rGO复合材料。在锂离子电池的测试中,0.7GOmg m L浓度样品在1 A g的大电流密度下,由于活化作用的影响,前600圈充放电比容量缓慢增加至1000 m Ah g左右,直到第1000圈时仍较好地维持在比容量保持在1000 m Ah g左右,具有优异的循环稳定性。同时应用于锂离子电池负极材料,在功率密度为185W kg时能量密度为73.9 Wh kg。

关键词：镍钴硫化物 MOF-74 rGO 锂离子电池复合材料

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超级电容器用镍钴硫化物电极材料的研究进展

功能材料 2017年第9期48卷 9001-9006页

作者：肖富强袁大庆朱升云朱基亮四川大学材料科学与工程学院成都610064 中国原子能科学研究院北京102413

超级电容器(supercapacitor,SC)是近年出现的高功率、高能量密度和长循环寿命的新型储能装置,利用表面双电层储能或在材料表面及近表面与特定离子发生快速可逆的法拉第反应储能。镍钴硫化物电极材料具有比单一硫化物和相应氧化物更高的... 详细信息

超级电容器(supercapacitor,SC)是近年出现的高功率、高能量密度和长循环寿命的新型储能装置,利用表面双电层储能或在材料表面及近表面与特定离子发生快速可逆的法拉第反应储能。镍钴硫化物电极材料具有比单一硫化物和相应氧化物更高的导电性,同时两种金属离子的协同作用使其具有优异的电化学性能。结合近年相关文献报导,综述了镍钴硫化物电极材料的工作原理、制备方法、电化学性能及其优缺点,展望了其在储能机理和结构设计上的研究前景。

关键词：超级电容器电极材料镍钴硫化物储能机理

川西盐边县红格钒钛磁铁矿中镍钴硫化物的铂族元素地球化学特征

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地质论评 2017年第4期63卷 1050-1063页

作者：张腾蛟李佑国张月姣赵伟成都理工大学地球科学学院中国成都610059 澳大利亚国立大学湖南省地质调查院中国长沙410116

世界上尚未发现过V—Ti磁铁矿和硫化物矿床共生,在川西延边县红格矿床,原认为在矿体底部存在一个富含PGE、Cr的层位,但我们在多个钻孔中取样分析,均未发现。然而我们发现在红格矿床白草矿段存在大量的块状硫化物矿体,硫化物贯入铁矿后,... 详细信息

世界上尚未发现过V—Ti磁铁矿和硫化物矿床共生,在川西延边县红格矿床,原认为在矿体底部存在一个富含PGE、Cr的层位,但我们在多个钻孔中取样分析,均未发现。然而我们发现在红格矿床白草矿段存在大量的块状硫化物矿体,硫化物贯入铁矿后,可叠加形成镍—钴—铁矿体。块状硫化物矿石主要成分为磁黄铁矿(94%)、镍黄铁矿、黄铜矿,少量普通辉石、次透辉石、古铜辉石、普通角闪石、金云母、磁铁矿、钛铁矿、中长石等。其中Ni 0.72%～0.90%,Co 0.10%。主要赋存在磁黄铁矿中。通过铂族元素分析发现,块状硫化物(磁黄铁矿)Cu/Pd为12908～15109,含硫化物3%的贯入式铁矿Cu/Pd为24520。Cu/Pd比值远高于原始地幔值,暗示有少量硫化物在岩浆源区的残留。同时,在铁矿形成之前已发生过硫化物的熔离。红格地区样品的Pd/Ir值变化范围为2.8～30主要集中在8～14附近,可见红格地区经历过很强的岩浆结晶作用。红格矿床的PGE元素已发生明显的分异现象,暗示硫化物与铁可能在流体中有共同富集的情况。不同矿段的PGE含量有明显差异,很难用一个岩浆房进行解释,可能是多级岩浆房岩浆演化的产物。暗示深部还有岩浆房,在地下深处,还可以找Ni—Cu—PGE和Fe—Ti—V矿床。

关键词：红格矿床百草矿段镍钴硫化物硫化物珠滴钒钛磁铁矿铂族元素

室温硫化法制备镍钴硫化物及其在超级电容器中的应用

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室温硫化法制备镍钴硫化物及其在超级电容器中的应用

作者：杨紫博天津工业大学

学位级别：硕士

随着人类社会科技的不断进步,发展一种节能环保的储能装置迫在眉睫。超级电容器属于标准的低碳经济产品,是理想的储能设备。在最近几年,过渡金属基化合物,常见的氧化物、氢氧化物和硫化物等能够发挥出较高的容量,因此,它吸引了很多研究... 详细信息

随着人类社会科技的不断进步,发展一种节能环保的储能装置迫在眉睫。超级电容器属于标准的低碳经济产品,是理想的储能设备。在最近几年,过渡金属基化合物,常见的氧化物、氢氧化物和硫化物等能够发挥出较高的容量,因此,它吸引了很多研究者将其作为超级电容器电极材料进行深入研究。论文简述了超级电容器的特性、组成、储能机理及应用,并对目前硫化物的发展现状、制备方法进行了综述。论文以镍钴为金属源,尿素为碱源,硫化钠为硫化剂等原料,利用水热法制备了以纳米镍钴硫化物(NiCo2S4)为壳,活性炭纤维/石墨烯为核的复合电极材料,并利用场发射扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)分析其形貌及组成。将复合材料作为电极材料制成电极片,通过循环伏安法(CV)、恒电流充放电法(GCD)和交流阻抗法(EIS)分析其电化学性能。论文的主要内容为:1.论文采用水热法、室温硫化法、退火三步法制备出镍钻硫化物,通过控制反应过程,对产物进行XRD和SEM表征,结果验证了室温硫化法的可行性,在该基础上,并对该材料进行了电化学性能测试,包括CV、GCD、EIS以及循环充放电测试。电化学测试结果表明:在电流密度为0.5 Ag-1 1 Ag-1,2 Ag-1,3Ag-1 4Ag-1 5Ag-1,10Ag-1,的条件下,单电极的质量比电容分别为780 F g-1、744 F g-1 688 Fg-1、642 F g-1 600Fg-、580 F g-1、460 F g-1,对其进行循环稳定性测试,结果表明,5000次循环后,比容量保持率高达98%。2.为了改善镍钴硫化物的低导电性,提高电化学性能,分别以活性炭纤维和石墨烯作为其基底,原位生长制备出具有核壳结构的复合电极材料(ACF/NiCo2S4和rGO/NiCo2S4),所制备的材料分别具有三维和二维结构,且形貌均匀,对这些材料进行三电极性能测试。结果表明,两者均展现了优良的单电极性能。ACF/NiCo2S4在1 A g-1的电流密度下,质量比电容为1682 Fg-1,rGO/NiCo2S4在1 Ag-1的电流密度下,质量比电容为1070F g-1。为了进一步评估这些材料的实际性能,分别组装为非对称超级电容器ACF/NiCo2S4//ACF和rGO/NiCo2S4//ACF,并测试其电化学性能。ACF/NiCo2S4/ACF在功率密度为800 W kg-1时,能量密度为49.38 Wh kg-1,循环5000圈,循环稳定性高达82.88%,rGO/NiCo2S4//ACF在功率密度为400 W kg-1时,能量密度为74.78 Wh kg-1,循环3000圈后,比电容保持了88.7%。

关键词：超级电容器镍钴硫化物活性炭纤维石墨烯

磷化钴/镍钴硫化物异质结构的制备和电催化应用

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磷化钴/镍钴硫化物异质结构的制备和电催化应用

作者：李明瑞天津大学

学位级别：硕士

随着现代社会不断发展,化石能源消耗带来的环境问题日益严峻。大力发展清洁能源,减少碳排放,并实现碳平衡已成为全社会广泛共识。与其他新能源相比,氢能具有能量密度高、燃烧产物清洁等优点,是一种理想的未来能源。相较于传统石化行业... 详细信息

随着现代社会不断发展,化石能源消耗带来的环境问题日益严峻。大力发展清洁能源,减少碳排放,并实现碳平衡已成为全社会广泛共识。与其他新能源相比,氢能具有能量密度高、燃烧产物清洁等优点,是一种理想的未来能源。相较于传统石化行业的蒸汽重整,电化学全解水制氢更为清洁高效。然而,受制于缓慢的反应动力学,在实际电解水过程中往往需要催化剂的参与,以提高由电能到化学能的转化效率。因此,设计开发高效、稳定、低成本的电化学催化剂具有重要学术价值及应用前景。在电化学全解水催化剂中,过渡金属基硫化物(TMS)制备相对简单,催化活性高,被广泛认为是传统贵金属基催化剂的有效替代。通过在硫化物中引入过渡金属基磷化物(TMP),形成TMS/TMP异质结构材料,可有效提高电催化剂的催化活性和稳定性。据此,采用溶剂热、电化学沉积等方法,使用泡沫镍(NF)作为基底,层状双金属氢氧化物(LDH)为制备前驱体,成功合成出具有独特二维/二维(2D/2D)形貌的磷化钴/镍钴硫化物异质结构(CoP@Ni-Co-S/NF)。通过控制电化学沉积时间,实现了催化剂表面形貌和活性组分含量的调控。一系列电化学测试表明CoP@Ni-Co-S/NF催化剂具有良好的析氧反应、析氢反应和全解水催化性能。对于析氧反应,在1 mol·L的KOH电解质溶液中,当电流密度为50、100 m A·cm时,所需要的过电位为271、289 m V,优于贵金属催化剂,对应的塔菲尔斜率为62 m V·dec。对于析氢反应,在相同溶液中,当电流密度达到50、100 m A·cm时,所需要的过电位为272、306 m V,塔菲尔斜率为117 m V·dec。当将催化剂同时作为阴极和阳极,进行全解水反应时,可在1.614 V的电位下达到10 m A·cm的电流密度,优于贵金属商业催化剂Pt/C和Ru O的组合。同时,该材料在长时间催化测试中显示出良好的稳定性。经表征测试可知,CoP@Ni-Co-S/NF催化剂具有较大的电化学活性面积,丰富的表面活性位点以及有利于生成气体产物释放的孔隙结构。这些特性解释了其优异的电化学性能。本文为过渡金属基催化剂在电催化领域的应用提供了依据,对异质结构材料催化剂的设计进行了探索。

关键词：电催化剂析氧反应析氢反应全解水磷化钴镍钴硫化物

溶剂热法制备纳米镍钴硫化物及其超级电容性能研究

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溶剂热法制备纳米镍钴硫化物及其超级电容性能研究

作者：陈海岸重庆大学

学位级别：硕士

超级电容器属于标准的低碳经济核心产品,又被称为黄金电容器。过渡金属硫化物作为超级电容器电极材料具有良好的导电性和较高的理论比电容。论文介绍了超级电容器的特性、组成、储能机理以及应用,并对过渡金属硫属化合物的制备方法、最... 详细信息

超级电容器属于标准的低碳经济核心产品,又被称为黄金电容器。过渡金属硫化物作为超级电容器电极材料具有良好的导电性和较高的理论比电容。论文介绍了超级电容器的特性、组成、储能机理以及应用,并对过渡金属硫属化合物的制备方法、最新研究进展及其在电化学方面的研究现状进行了全面综述。论文采用溶剂热法制备纳米镍钴硫化物,利用X射线衍射仪(XRD),场发射扫描电镜(SEM),X-射线能谱仪(EDS)等仪器分析其形貌及组成。将其涂抹在石墨纸或直接溶剂热生长在石墨纸上作为超级电容器单电极材料,将电极材料(正极材料)进行择优组装成超级电容器器件,通过循环伏安法(CV)、恒电流充放电法(CP)、交流阻抗法(EIS)等分析其超级电容性能。论文的主要内容如下:①论文实现了采用溶剂热法在其他条件相同条件下,用不同前驱盐制备纳米镍钴硫化物粉末。根据SEM谱图显示,不同前驱盐制得的镍钴硫化物形貌相似,呈不规则微球状,尺寸无较大差别。硝酸镍制备的镍钴硫化物微球分散性较为均匀,小颗粒在表面生长,提供更大的比表面积,从而增大了电解质与电极材料的接触。而用氯化镍制得的镍钴硫化物则有团聚的趋势,导致比表面积较小。将其涂抹在石墨纸上作为三电极材料的工作电极并测试其电化学性能,电化学性能测试结果显示:硝酸盐制得的活性物质在电流密度为2 m A/cm2、4 m A/cm2、8 m A/cm2、10 m A/cm2、20 m A/cm2的条件下,单电极质量比电容分别为2213.5 F/g、2107.6 F/g、2009.4 F/g、1957.5 F/g、1806.4 F/g,表现出了较高的电容量,在经过3000圈的充放电循环测试,仍保持了90%的原比电容。氯化盐制得的活性物质在电流密度为2m A/cm2、4 m A/cm2、8 m A/cm2、10 m A/cm2、20 m A/cm2的条件下,单电极质量比电容分别为1309 F/g、1100 F/g、782 F/g、682 F/g、409 F/g,比电容在低电流密度下的比电容较高,但随着电流密度增大,衰减较快,经过3000圈的循环充放电后,比电容只剩下了46%。性能结果与结构分析结构相符。因此得知,硝酸盐制得的镍钴硫化物电化学性能远大于氯化盐制得的镍钴硫化物。②利用溶剂热法实现了镍钴硫化物直接生长在石墨纸衬底上,制备出了小颗粒和纳米片层相互交织结构基底电极,并研究了其超级电容特性。实验结果表明:镍钴硫化物的超级电容特性来源于赝电容。镍钴硫化物/石墨纸电极在充放电电流密度为1 m A/cm2、2 m A/cm2、4 m A/cm2、8 m A/cm2、10 m A/cm2、15 m A/cm2、20m A/cm2、25 m A/cm2、30 m A/cm2条件下,单电极质量比容量分别为1500 F/g、1450F/g、1340 F/g、1120 F/g、1055 F/g、900 F/g、800 F/g、662 F/g、557 F/g。且显示了优越的循环稳定性,经过3000圈的循环充放电,比电容保持度达到了97.2%。③通过对比优化,选择最佳性能的镍钴硫化物电极作为正极材料,设计了平面微型非对称超级电容器,获得的器件具有较高的能量密度和功率密度。经过10000圈的循环充放电后,该器件的循环稳定性仍保持了98.1%,库伦效率也保持了92.7%。本文的研究开拓了超级电容器的平面结构设计,微型超级电容器器件组装方法简单易行,可应用于到其他材料电极的制备和组装。

关键词：超级电容器镍钴硫化物石墨纸溶剂热法

基于化学沉淀法制备镍钴硫化物的工艺及电化学性能研究

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基于化学沉淀法制备镍钴硫化物的工艺及电化学性能研究

作者：唐际斌四川大学

学位级别：硕士

超级电容器因为独特的储能机理,造就了超高比功率、快速充放电、长循环寿命兼具免维护、环境友好等优势,已经广泛地在新能源汽车、风力发电等领域作为复式电源或者独立电源应用。电极材料作为超级电容器中实现储能过程的载体,对整个器... 详细信息

超级电容器因为独特的储能机理,造就了超高比功率、快速充放电、长循环寿命兼具免维护、环境友好等优势,已经广泛地在新能源汽车、风力发电等领域作为复式电源或者独立电源应用。电极材料作为超级电容器中实现储能过程的载体,对整个器件的性能至关重要,因此提升电极材料的电化学性能便成为该领域的工作重点。在所报道的各类电极材料中,镍钴硫化物因其拥有丰富的氧化还原态还可设计成丰富的形貌,还拥有导电性好、理论容量高等特点,在超级电容器的电极材料领域大放异彩。且有报道称镍钴硫化物展现出金属特性,在电化学储能中表现出电池属性等特征而备受关注。目前大部分文献所报道的制备镍钴硫化物的方法多为水热法,虽然水热法操作简单,且可调控出理想的形貌从而实现出色的电化学性能,但其反应过程可控性不理想,反应时间、温度等对产物及其电化学性能影响大,重现性较差,难以满足市场需求。化学沉淀法是一种典型基于共沉淀制备金属硫化物的途径,具有工艺简单、对环境友好、成本低廉等特点,具有市场实用性,但反应产物的结晶性差,难以调控形貌等缺点限制了其更广阔的应用和发展。基于此,本文利用化学沉淀法研究制备出纳米片结构、多孔、良好电化学性能的镍钴硫化物及其复合物。主要研究如下:(1)通过化学沉淀法辅助退火处理成功制备出了具有良好结晶性的Ni CoS纳米片结构。系统地探究了退火温度和退火时间合成Ni CoS及其复合物的组分、形貌及其电化学性能。结果表明,引入退火工艺后,随着退火温度的不断提升,镍钴硫化物的结晶性均有所提高,片状结构变薄,导致电化学性能尤其是循环稳定性显著提升,退火时间延长也表现出类似的规律。其中当退火温度提升至300℃,退火保温时间在2小时后,镍钴硫化物拥有最佳的电化学性能,具体表现为比容量在电流密度为1 A/g时,由721.2 F/g提升至999.9 F/g;倍率性能也为72.2%的良好水平;循环稳定性得到了、提升,容量保持率由初始值的80.2%提升至88.3%(电流密度为10 A/g,循环次数为1000次)。(2)通过化学沉淀法辅助退火处理成功制备出了纳米片Ni CoS复合Cu CoS团簇结构。系统地探究了原料中Cu与Ni比例对产物组分、形貌以及多孔性的影响。结果表明随着Cu(NO)·3HO添加量的增加,组分由Ni CoS夹杂CoS转变为Ni CoS复合Cu CoS,最后转变为Cu CoS复合Ni CoS且夹杂着Cu S的混合物,形貌由片状转为颗粒状。当Cu(NO)·3HO添加量为0.125 mmol(即Cu:Ni=1:4)时,得益于大幅度提升的比表面积和更为丰富的孔径结构,表现出最佳的综合电化学性能。具体表现为比容量在电流密度为1 A/g由原始样的999.9 F/g提升至1678.4 F/g;经过1000次在10 A/g的电流密度下的恒电流充放电后,初始容量保持率由88.3%提升至93.7%。(3)引入聚乙二醇(PEG)作为表面活性剂通过化学沉淀法辅助退火处理成功制备出花状纳米片结构的Ni CoS。深入地探究了Ni CoS花状结构的形成,结果表明添加PEG后产物中CoS减少,片状结构转变为多孔的花状结构,尺寸更大,拥有更大的比表面积,暴露出更多的活性点位,电化学性能得到显著改善。具体结果为比容量由电流密度为1 A/g时的999.9F/g提升至2198.9 F/g;且在大的电流密度下具有出的循环稳定性,具体表现为经过1000次20 A/g的循环充放电后,容量保持率仍为初始值的82.2%,同时库伦效率也稳定在97.3%,显示出出色的电化学性能。最后以PEG修饰后的花状Ni CoS作为正极,超级电容器商用活性炭作为负极,组装了非对称式超级电容器。测试结果展现出最高可达38.2 Wh/kg的能量密度(功率密度为400 W/kg),在5 A/g的电流密度下循环3000次后仍有80%的初始容量保留率,表现出良好的循环稳定性。

关键词：超级电容器电极材料镍钴硫化物化学沉淀法

不同形貌镍钴硫化物的制备及其电化学性能研究

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不同形貌镍钴硫化物的制备及其电化学性能研究

镍钴（铁）硫化物/炭复合材料的制备及其电化学性能研究

中国化学会第30届学术年会-第二十九分会：电化学材料

作者：袁冬霞尹东明王立民中国科学院大学长春应用化学研究所稀土资源利用国家重点实验室中国科学院大学

过渡金属硫化物由于具有良好的物理和化学性质,其逐渐引起人们的广泛关注并成为极具应用前景的电极材料。相比其单金属硫化物如硫化钴,硫化镍,双金属镍钴硫化物可以提供更丰富的氧化还原反应,并且具有更高的电化学导电性。而电极材料的... 详细信息

过渡金属硫化物由于具有良好的物理和化学性质,其逐渐引起人们的广泛关注并成为极具应用前景的电极材料。相比其单金属硫化物如硫化钴,硫化镍,双金属镍钴硫化物可以提供更丰富的氧化还原反应,并且具有更高的电化学导电性。而电极材料的形貌对其性能具有很大影响,因此,本文主要通过水热的方法制备两种不同形貌镍钴硫化物并研究其形貌对电化学性能的影响。我们分别在不加表面活性剂和加入表面活性的情况下,成功合成了海蜇状的和花状的NiCoS微米球。并通过循环伏安,阻抗,恒电流充放电等电化学方法研究其作为锂离子电池正极材料的电化学性能。结果显示,这两种不同形貌的化合物均表现出良好的循环性能和倍率性能。但在500 mA g的充放电密度下,经过200次循环后,花状的NiCoS微米放电容量仍有410 mA h g,而海蜇状的仅剩354 mA h g球,说明花状结构的NiCoS微米具有更好的容量保持率。

关键词：镍钴硫化物电化学性能锂离子电池

来源： cnki会议评论

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镍钴（铁）硫化物/炭复合材料的制备及其电化学性能研究

作者：马梓倩哈尔滨师范大学

学位级别：硕士

人们逐渐增长的能源需求与日益减少的可利用化石能源之间的矛盾日益突出。最广泛使用的电池有锂离子电池、锌空气电池、钾离子电池。与上述电池相比,超级电容器具有快速充放电、循环寿命长、功率密度高等显著的优点。超级电容器具有良... 详细信息

人们逐渐增长的能源需求与日益减少的可利用化石能源之间的矛盾日益突出。最广泛使用的电池有锂离子电池、锌空气电池、钾离子电池。与上述电池相比,超级电容器具有快速充放电、循环寿命长、功率密度高等显著的优点。超级电容器具有良好的发展前景,因此超级电容器的电极材料的研究已成为主要的研究方向。最近受到广泛关注的正极材料是金属氧/硫化物。由于其相似的电化学储能机理和丰富的自然资源,NiCoS比单一的镍硫化物和钴硫化物具有更丰富的电活性位点和更优异的导电性,具有较高的比容量。然而,由于NiCoS在充放电过程中较大体积变化使其具有较差的倍率。所以,在本文中,我们通过简单的实验方法实现NiCoS和碳材料的结合来提高其倍率性能。另外,传统的超级电容器负极材料是单一的碳材料,由于其具有较低的比容量,导致组装的器件具有较低的能量密度。因此本论文通过静电纺丝的方法将碳材料和赝电容铁基材料复合来制备比容量高的负极材料,进而得到高能量密度的超级电容器。本论文的研究内容如下:(1)通过静电纺丝结合煅烧的方法得到NiCoO/CF纳米纤维状的复合材料,再通过进一步的水热硫化得到目标产物NiCoS/CF。NiCoS/CF在电流密度为1A·g时,比电容可以达到1116 F·g,与前驱体NiCoO/CF(154.4 F·g)相比有了很明显的提升。我们在制备得到前驱体NiCoO/CF的基础上对其用强酸进行刻蚀,得到多孔碳纤维作为负极材料,采用NiCoS/CF用作正极材料,组装全固态非对称超级电容器。该非对称超级电容器的能量密度最高可以达到28.8 Wh·kg。(2)利用静电纺丝得到聚丙烯腈(PAN)纳米纤维模板,在其表面进行聚吡咯的包覆,再通过水热法结合煅烧法得到N掺杂的碳纳米管(NCTs),再对NCTs进行NiCoS纳米片的负载得到目标产物NiCoS/NCTs。我们制备的正极材料在1A·g时的比容量能达到1463 F·g,当电流密度增加到40 A·g时,比容量仍然可以保持在880 F·g。同时,我们制备的材料还具备优异的循环性能,在进行5000次循环后,仅衰减4%。(3)首先采用水解法制备FeOOH纳米球,然后将前驱体FeOOH和PAN混合均匀,用静电纺丝的方法得到FeOOH@PAN的纤维状结构。用硫脲吸附后,在惰性气氛中进行煅烧,得到Fe-x S/CFs负极材料,其具有十分优异的电化学性能:比容量能达到780 F·g(1 A·g),在15 A·g时比电容保持在313 F·g。同时,工作电压区间可以增加到-1.2-0 V。最后,我们用制备的正负极材料进行器件的组装。得到的NiCoS/NCTs//FeS/CFs全固态非对称超级电容器设备同样具有优异的电化学性能:较宽的电压区间(0-1.7 V)、高比容量(1 A·g时133 F·g)、优异的能量密度(功率密度为882 W·kg时为55.4 Wh·kg);显著的循环性能(5000次循环后为80.6%)。

关键词：镍钴硫化物铁基硫化物碳材料超级电容器能量密度