超級(jí)電容器新型電極材料的制備及其性能研究.pdf

1、作為新型能量存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換裝置，超級(jí)電容器所具有的優(yōu)點(diǎn)包括較高的能量密度功率密度、較長的使用次數(shù)和綠色環(huán)保等。電極材料的改進(jìn)和優(yōu)化一直是超級(jí)電容器研究的重點(diǎn)。如何改善現(xiàn)有電極材料電化學(xué)性能、制備新型高性能的電極材料以及簡化制備工藝和降低制備成本成為目前的研究重點(diǎn)?；谝陨媳尘?，本論文做了如下的研究工作:
　　首先，本文以實(shí)驗(yàn)室自制的碳纖維作為前體材料，浸潤PAN/DMF溶液后進(jìn)行預(yù)氧化熱處理，制備表面改性的碳纖維。利用XRD、Rama

2、n、FTIR和SEM對結(jié)構(gòu)組成和表觀形貌進(jìn)行了表征。采用PAN/DMF濃度10 wt％、煅燒溫度290℃和煅燒時(shí)間1h條件下表面改性的碳纖維，在電流密度為0.5 A·g-1時(shí)比電容為127.9 F·g-1，比碳纖維前體提高約17.1％，1.0A·g-1下循環(huán)充放電5000次后比電容保持率為98.5％。
　　其次，以三水合硝酸銅(Cu(NO3)2·3H2O)為銅源，硫脲(NH2CSNH2)為硫源，D-葡萄糖酸鈉為絡(luò)合劑，去離子水為反

3、應(yīng)溶劑，通過水熱方法“一鍋”制備了硫化銅/碳(CuS/C)復(fù)合材料。采用XRD、Raman、FTIR、EDS分析產(chǎn)物化學(xué)組成和微觀形貌進(jìn)行了表征。產(chǎn)物中CuS主要呈球花狀，球的直徑約在1～2μm，表面分布有大量平均寬度在50nm左右的花瓣?duì)铖薨?。?fù)合材料中的碳組分主要呈光滑球狀，含量約6wt％。當(dāng)水熱溫度為150℃和水熱反應(yīng)時(shí)間為24 h時(shí)，所制備的CuS/C復(fù)合材料在1 A·g-1的比電容達(dá)719.6 F·g-1，1000圈后比電容僅

4、衰減20％，綜合電化學(xué)性能良好。
　　接著，以泡沫鎳作為基體材料，先通過水熱法在泡沫鎳孔道內(nèi)填塞了亞微米級(jí)碳球，提高整個(gè)基體的比表面積，隨后以六水合氯化鎳(NiC12·6H2O)為鎳源，硫脲為硫源，通過水熱法在碳球表面生長Ni3S2，制備泡沫鎳@碳球@硫化鎳(NF@CMSs@Ni3S2)復(fù)合材料。采用XRD、Raman、SEM、EDS和TEM對元素組成和表面形貌進(jìn)行表征。當(dāng)電流密度為0.008 A·cm-2時(shí)，復(fù)合材料的面積比電容

5、達(dá)7.10F·cm-2，電流密度增大到0.056A·cm-2時(shí)，面積比電容保持率為54％，2500次循環(huán)充放電后比電容僅衰減19％。
　　最后，通過超聲在泡沫鎳孔隙填塞銅粉，然后浸泡反應(yīng)轉(zhuǎn)化為CuS，制備泡沫鎳填塞CuS(NF@CuS)復(fù)合材料。CuS為六方晶系在泡沫鎳孔隙中呈交聯(lián)片狀，厚度約為0.2μm。該復(fù)合材料具有很高的面積比電容和良好的循環(huán)穩(wěn)定性，在0.090 A·cm-2下復(fù)合材料面積比容達(dá)11.4 F·cm-2，循環(huán)充