基于(Co,Ni)硫化物的三維納米陣列電極的構(gòu)建及其超電容特性研究.pdf

1、作為本世紀(jì)最具有希望與前景的新型綠色高效儲(chǔ)能器件，超級(jí)電容器結(jié)合了物理電容器高功率及傳統(tǒng)電池高能量密度的優(yōu)點(diǎn)。然而，金屬氧化物/氫氧化物等贗電容電極材料由于自身較差的電導(dǎo)性和離子傳輸性能，導(dǎo)致其電化學(xué)性能通常會(huì)受到嚴(yán)重的制約而遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其理論值?；诖耍覀儤?gòu)筑了三維納米陣列骨架來(lái)沉積贗電容活性材料，從而提高電子與離子的傳輸，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)電極活性材料的電化學(xué)性能。具體工作如下：在三維納米陣列結(jié)構(gòu)的構(gòu)造中，我們分別實(shí)現(xiàn)了構(gòu)筑三維空心碳納米棒

2、陣列和NiCo2S4三維納米管陣列作為骨架來(lái)負(fù)載贗電容材料制備高性能超級(jí)電容器電極。
　　我們通過(guò)去模板法制備了三維空心碳納米棒陣列骨架（HCNA），所制備的三維空心碳納米棒陣列骨架不僅可以提供大表面積增加活性物質(zhì)的負(fù)載量，而且有優(yōu)異的電導(dǎo)性，其空心結(jié)構(gòu)也更有利于電子和電解質(zhì)離子的高速傳遞，因此在此骨架上負(fù)載活性物質(zhì)將表現(xiàn)出更優(yōu)異的電容性能。并沉積了 CoxNi1?x(OH)2、 CoxNi1?xO和(CoxNi1?x)9S8電極

3、材料。其中，(CoxNi1?x)9S8/HCNA復(fù)合電極表現(xiàn)出最優(yōu)的電化學(xué)性能。在1mA/cm2的放電電流下，(CoxNi1?x)9S8/HCNA面積比電容可以高達(dá)1.32 F/cm2，是沉積CoxNi1?x(OH)2/HCNA的1.5倍。硫化后的電極材料倍率電容特性也得到了提升，放電電流從1mA到10 mA增到10倍后，其面積比電容依然可以保持初始值的71.8％。更顯著的是，在充放電電流為8 mA/cm2下循環(huán)3000次后，其電容不僅

4、沒(méi)有衰退而且還保持在初始值的111.2%左右，相比之下CoxNi1?x(OH)2/HCNA電極電容衰退了11.5%。這些優(yōu)良的電化學(xué)性能都?xì)w因于的(CoxNi1?x)9S8的優(yōu)良贗電容和導(dǎo)電性，以及構(gòu)筑的三維碳納米棒陣列骨架。
　　進(jìn)一步，我們實(shí)現(xiàn)了直接在碳布上構(gòu)筑高導(dǎo)電的單晶NiCo2S4三維納米管陣列電極，其本身不僅可以作為很好的贗電容電極材料，還可以作為三維骨架用來(lái)負(fù)載其他的活性物質(zhì)。與已報(bào)道的 NiCo2O4納米棒陣列電極

5、相比，因 NiCo2S4具有更好的導(dǎo)電性和電化學(xué)活性，因此，我們所構(gòu)筑的單晶 NiCo2S4三維納米管陣列電極表現(xiàn)出比 NiCo2O4納米棒陣列電極更好的電容性能。另外，通過(guò)電沉積的方式，在該三維納米管陣列骨架上我們沉積了一系列金屬氧化物/氫氧化物活性材料包括正極材料CoxNi1?x(OH)2、MnO2和負(fù)極材料 FeOOH，并對(duì)其電學(xué)性能進(jìn)行了研究。其中，制備的CoxNi1?x(OH)2/ NiCo2S4同軸三維納米管陣列復(fù)合電極材料