摘要
在过去的几十年里，随着工业化进程的不断发展，人类社会对化石燃料的过度消费导致了大量的温室气体排放和环境污染，这极大刺激了人们对可持续绿色电化学能源的追求。近年来，超级电容器因其比功率大、充放电快、寿命长、环保等优点，已成为极具发展前景的电储能器件之一。其中，以赝电容材料为主的正极材料由于具有更高的比电容而受到更为广泛的关注。目前，大多数赝电容材料主要以过渡金属氧化物、硫化物、磷化物作为电极材料。然而，大部分过渡金属电极材料都存在循环稳定性差，实际比电容较低等缺点，限制了其在电储能领域的应用。因此，本研究课题拟采取通过合理构建复合材料结构的方法来提高赝电容材料的电化学性能。同时，通过采取与商用活性炭(ActiveCarbon，AC)组装成混合型不对称超级电容器器件的方法对复合材料进行进一步的应用探索，其主要研究内容如下: 1、通过简单的水热反应在碳纤维表面垂直生长Co(OH)2纳米针，随后，为进一步扩大比表面积以增加活性位点，在常温搅拌条件下加入Ni2+并以氨水和过硫酸钾为引发剂在氢氧化钴表面生长NiOOH纳米片，形成核壳结构的NiOOH@Co(oH)2@CF纳米复合材料。经高温退火后，得到具有纳米阵列结构的NiO@CoO@CF纳米复合材料。该产物同样具有分级核壳纳米结构，并表现出优异的循环稳定性能，在40mAcm-2下经5000次循环后其电容保持率高达75.91％。 2、采用恒温水浴法在特定溶剂中得到海胆状CoNiC2O4，经高温煅烧后获得具有海胆状结构的二元镍钴基氧化物(CoNiO2)前驱体。接着，通过简单的超声沉积反应在CoNiO2表面修饰一层Co-LDH，构成以CONiO2为核Co-LDH为壳的分级核壳材料。最后，通过水热硫化反应得到具有核壳型海胆状CoNiO2@Co3S4纳米复合材料。该复合材料不仅在1Ag-1时表现出最大比电容1300.2Fg-1，同时，在10Ag-1下经5000次循环后其电容保持率可达86.17％。此外，其混合器件在功率密度为865.81Wkg-1时，其能量密度高达64.28Whkg-1。 3、以丙三醇为溶剂经过简单的水热反应得到相应的镍钴甘油球(NCGS)，在回流条件下，通过改变硫化物添加量以及引入额外的阳离子(Ni2+)来控制花状分级核壳NCGS@NiCo2S4/Ni3S2纳米复合材料的形成。通过形貌和结构的表征可以发现随着硫化量的增加，其结构演变过程逐渐由实心变为空心。同时，在硫化过程中Ni2+的引入决定了花状壳层的形成。最后，经过两次高温退火后得到了分级核壳CoNiO2@NiCo2S4/Ni3S2纳米复合材料。该复合材料在电化学性能测试中表现出1334.7Fg-1的质量比电容。此外，与AC组装的混合器件CoNiO2@NiCo2S4/Ni3S2//AC在10Ag-1的电流密度下，经5000次循环后其电容保持率高达90.32％，同时，在功率密度为850Wkg-1时，其能量密度高达55.20Whkg-1。
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