摘要
基于海藻酸钠（SA）良好的生物相容性和成膜性以及还原氧化石墨烯（rGO）优异的机械强度和导电性，本文将SA与rGO复合得到导电凝胶。弥补了传统粉末电极存在的电极材料易脱落、不易回收且对环境有危害的缺点。并通过负载金属硫化物来提升其比电容，得到的电极电化学性能良好，可以被组装成超级电容器，应用前景广阔。 本文以SA和rGO为原料，通过物理交联和整体还原法制备了SA/rGO（SrG）基水凝胶。该凝胶呈现三维网络结构，可以为电化学反应提供充足的活性位点，并通过系列测试对其电化学性能进行了深入研究。电化学测试结果表明，当添加50%氧化石墨烯（GO）时，SrG在三电极系统中表现出最高的比电容为458F·g-1(10mV·s-1)和最低的电化学阻抗，Rs和Rct分别为0.1685Ω和0.01208Ω。由此可见，SrG的电化学性能优异，在超级电容器领域应用潜力很大。 为了提高SrG基凝胶的电化学性能，论文以SrG凝胶为基质，负载一元金属硫化物CuS得到CuS/SA/rGO（CSrG）电极。电化学测试结果表明，当CuS水热温度为150℃，水热时间为8h时，CSrG电极在三电极系统中最高的比电容为735F·g-1(10mV·s-1)。将CSrG电极组装成对称电容器，其比电容可达200.2F·g?1（10mV·s?1）；当能量密度（E）从5.5Wh·kg?1降低到3.1Wh·kg?1时，其功率密度（P）从316.8W·kg?1增至2750.0W·kg?1。当与SrG负极组装成非对称电容器时，比电容达到218.2F·g?1(10mV·s?1)；当E从7.3Wh·kg?1降低到6.0Wh·kg?1时，P从413.1W·kg?1增加到4000.0W·kg?1。以上结果表明CSrG具有优异的电化学性能，可用于组装超级电容器。 为了赋予SrG基水凝胶更好的电化学性能，本文通过水热、煅烧和硫化相结合的方法制备了二元金属硫化物CuCo2S4，并将其负载于SrG基凝胶上得到CuCo2S4/SA/rGO（CCSrG）复合水凝胶。电化学测试结果表明，当CuCo2S4水热温度为120℃煅烧温度为450℃时得到的CCSrG在三电极系统中表现出最高的比电容为1355F·g-1(10mV·s-1)和最小的Rs和Rct值，分别为0.6518Ω和1.571×10-5Ω。将CCSrG电极组装成对称电容器时，比电容达到237.8F·g?1（10mV·s?1）。当E从31.2Wh·kg?1降低到4.5Wh·kg?1时，P从317.5W·kg?1增加到2700.0W·kg?1。当与SrG组装成非对称电容器时，电化学测试结果表明，在扫描速率为10mV·s?1时，比电容达到283.8F·g?1。当E从42.9Wh·kg?1降低到33.3Wh·kg?1时，P从420.8W·kg?1增加到4457.1W·kg?1。综上所述，CCSrG作为电极材料，在超级电容器领域有良好的应用前景。
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