摘要
随着科技和人类社会工业化进程的快速发展与能源短缺和环境污染问题的加剧，人们更加关注高效、绿色的能源存储装置。超级电容器因其功率密度高、充放电速率快、使用寿命长、安全性好等优势被认为是一种极具潜力的电化学储能装置。开发高比电容与高稳定性的电极材料是提高超级电容器性能的有效手段之一。近年来，过渡金属硫族化物因其较高的理论容量、良好的导电性与较低的成本等优势而受到了研究人员的的广泛研究。与氧元素和硫元素相比，硒元素电负性更低，电导率更高（1×10-3Sm-1）。因此，相较于氧化物与硫化物，硒化物间的化学键更弱，电子态更容易发生转变，从而具有更高的电化学活性。然而，硒化物基超级电容器的比容量与能量密度仍然较低，循环稳定性与倍率性能较差，且制备方法较为繁琐复杂，限制了其在储能领域的应用。本文以钴基硒化物为研究对象，通过对形貌与相结构调控、构筑复合材料与探索新的制备工艺等展开研究，探索高性能钴基硒化物电极材料的制备工艺及机制，进而与石墨烯电极材料组装成非对称超级电容器，探究其实际应用潜力。主要研究内容与结论如下： （1）以Co-MOF为前驱体，通过高温硒化法得到了具有多级孔结构的CoSe2@NC/Gr复合电极材料，改变石墨烯添加量，研究其对电极材料形貌、结构与性能的影响。结果表明：石墨烯的引入增加了复合电极材料中微孔与介孔数量，减小了CoSe2@NC材料的电荷转移电阻与离子扩散电阻，增大了材料的比表面积。当石墨烯添加量为10%时，CoSe2@NC/Gr展现出最佳的电化学性能，其在1Ag-1时具有430.4Fg-1的比电容，电流密度增加至20Ag-1时，其容量可保持66%，在5Ag-1时循环3000次后，容量仍可保留初始值的94.4%，表现出良好的循环性能。 （2）以Co-MOF为前驱体，通过微波硒化法得到了CoSe2@N-C电极材料，通过调整Co-MOF/Se的质量比研究其形貌、结构与性能的变化。结构表征表明：Co-MOF/Se质量比为1：1时具有稳定的形貌与多种相结构（正交相与立方相），进一步增加Se粉质量，样品结构出现坍塌，呈现单一立方相结构；性能测试表明：Co-MOF/Se质量比为1：1时，CoSe2@N-C电极材料呈现出最佳的电化学性能，这可归因于其稳定的形貌结构与多相结构的协同作用。 （3）在Co-MOF/Se质量比为1：1时，进一步研究不同微波加热时间对电极材料形貌、结构与性能的影响。结构表征表明：不同微波加热时间得到的样品均由正交相与立方相构成，与Co-MOF前驱体相比，CoSe2@N-C呈现介孔结构，且CoSe2被包覆在氮掺杂碳材料中；性能测试结果表明：微波加热2min得到的CoSe2@N-C-2min样品电化学性能最佳，其在1Ag-1时具有395.7Fg-1的比电容，当电流密度增至20Ag-1时，其比电容保留初始值的63.5%，在5Ag-1时经5000次循环后，容量仍可保留96.8%，展现出良好的循环性能。在此基础上，以CoSe2@N-C与GA材料分别作为正极和负极，组装了非对称超级电容器，在791.6Wkg-1的功率密度下，其能量密度为42.2Whkg-1，在5Ag-1时循环5000次后，容量仍可保留94.4%，表明CoSe2@N-C材料在储能领域有良好的应用前景。
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