鎳鈷硫化物的超電容行為研究.pdf

1、超級電容器又稱為電化學電容器，因其具有比常規(guī)電容器優(yōu)異的能量密度，比蓄電池高的功率密度，而受到人們的廣泛關(guān)注。超級電容器具有的這些優(yōu)勢使其在備份能源系統(tǒng)、混合動力電車及便攜式電子設(shè)備等領(lǐng)域得到了實際應(yīng)用。眾所周知，超級電容器的電容性能很大程度上取決于電活性材料的形貌及結(jié)構(gòu)。由于硫元素的電負性比氧元素低，相比于過渡金屬氧化物，過渡金屬硫化物具有更為靈活的結(jié)構(gòu)及更高的電導(dǎo)率。在眾多的過渡金屬硫化物中，Ni硫化物及Co硫化物因其理論比電容高、

2、原料豐富、環(huán)境友好及安全等優(yōu)勢，有望滿足超級電容器電極材料的儲能需求。
　　本研究工作中，首先，在一步共沉淀法制備NiS2/CoS2復(fù)合材料過程中，通過逐步增加Ni的含量，復(fù)合物的粒徑尺寸逐漸變大，并且空心球結(jié)構(gòu)更加明顯。同時，通過控制Ni與Co的比例調(diào)節(jié)復(fù)合材料的電容性能。其次，以Ni(OH)2·0.75H2O作為前驅(qū)體，合成微米花狀的NiS。所得NiS微米花樣品由納米片組成，且具有比比前驅(qū)體更粗糙的比表面積及更高的電容性能。最

3、后，通過犧牲模板法，考察不同硫化時間(分別為12、18及24 h)對制得NiS微米花比表面積、表面粗糙度及電容性能的影響，進而得出硫化時間為18h時樣品有著最大的比表面積及最高的電容性能。本文研究內(nèi)容及結(jié)論如下:
　　(1) NiS2/CoS2復(fù)合物的制備及超電容行為研究。
　　采用一步水熱共沉淀法合成不同Ni Co摩爾比例的復(fù)合硫化物。隨著Ni含量的增加，樣品顆粒的尺寸逐漸增大，且空心球結(jié)構(gòu)表現(xiàn)地越發(fā)明顯。通過對樣品進行電

4、化學性能測試表明:Ni Co復(fù)合硫化物具有高的比電容，優(yōu)良的循環(huán)穩(wěn)定性及倍率特性。尤其Ni/Co/S-1在1 A·g-1時表現(xiàn)出了最大的比電容954.3 F·g-1，當電流密度增大至20 A·g-1時比電容仍然達到309.5 F·g-1，在電流密度為5A·g-1的條件下恒流充放電(GCD)1000次之后仍然保留著99.9％的初始比電容。將Ni/Co/S-1與活性炭分別作為陽極與陰極，組裝得到非對稱超級電容器，在功率密度為0.7 kW·k

5、g-1時能量密度達到29.3 Wh·kg-1，1000次GCD之后仍然保留著99.1％的比電容。
　　(2)分層微米花狀NiS的制備及超電容行為研究。
　　通過以Ni(OH)2前驅(qū)體，再對前驅(qū)體進一步硫化制得N1S。SEM分析結(jié)果表明，NiS是由分層納米片組成的微米花狀結(jié)構(gòu)，硫化后的NiS表面比前驅(qū)體更加粗糙。電化學測試表明:NiS納米片在3 M KOH電解液中表現(xiàn)出優(yōu)異的電容性能（電流密度為1 A·g-1時，比電容達到11

6、22.7 F·g-1）以及高的循環(huán)穩(wěn)定性（10 A·g-1的電流密度下GCD1000次后，電容保持率為97.8％）。以NiS作為陽極，活性炭作為陰極，組裝成非對稱超級電容器，在開路電壓為1.8V的前提下，功率密度為0.9 kW·kg-1時，能量密度能達到31 Wh·kg-1。
　　(3)硫化時間對NiS結(jié)構(gòu)及電容行為的影響。
　　通過犧牲模板法，先制備微米花狀的Ni(OH)2前驅(qū)體，并制備了不同硫化時間下制得了NiS。SEM

7、分析結(jié)果顯示，隨著硫化時間的延長，NiS的形貌逐漸由微米花狀向多孔球狀過渡。硫化時間為18h時，NiS-18具有最為粗糙的表面及最大的比表面積(20.5 m2·g-1)。電化學測試結(jié)果顯示，NiS-18表現(xiàn)出了最高的比電容(在1 A·g-1的電流密度下，比電容達到1315.4 F·g-1)及循環(huán)穩(wěn)定性（在電流密度為10 A·g-1的條件下GCD5000次之后仍然保留著89.2％的初始比電容）。以NiS-18與活性炭分別作為陽極與陰極，組