基于(Co,Ni)硫化物的三維納米陣列電極的構建及其超電容特性研究.pdf

1、作為本世紀最具有希望與前景的新型綠色高效儲能器件，超級電容器結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。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性和離子傳輸性能，導致其電化學性能通常會受到嚴重的制約而遠遠低于其理論值。基于此，我們構筑了三維納米陣列骨架來沉積贗電容活性材料，從而提高電子與離子的傳輸，進而實現(xiàn)增強電極活性材料的電化學性能。具體工作如下：在三維納米陣列結構的構造中，我們分別實現(xiàn)了構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負載贗電容材料制備高性能超級電容器電極。
　　我們通過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的負載量，而且有優(yōu)異的電導性，其空心結構也更有利于電子和電解質離子的高速傳遞，因此在此骨架上負載活性物質將表現(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復合電極表現(xiàn)出最優(yōu)的電化學性能。在1mA/cm2的放電電流下，(CoxNi1?x)9S8/HCNA面積比電容可以高達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)良的電化學性能都歸因于的(CoxNi1?x)9S8的優(yōu)良贗電容和導電性，以及構筑的三維碳納米棒陣列骨架。
　　進一步，我們實現(xiàn)了直接在碳布上構筑高導電的單晶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負載其他的活性物質。與已報道的 NiCo2O4納米棒陣列電極

5、相比，因 NiCo2S4具有更好的導電性和電化學活性，因此，我們所構筑的單晶 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和負極材料 FeOOH，并對其電學性能進行了研究。其中，制備的CoxNi1?x(OH)2/ NiCo2S4同軸三維納米管陣列復合電極材料