過渡金屬硫化物-石墨烯復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)儲能的研究.pdf

1、超級電容器作為一種新型儲能器件，主要基于雙電層吸附或材料表面氧化還原反應(yīng)或內(nèi)部離子的快速嵌入及脫出反應(yīng)來完成儲能。它具有優(yōu)異的循環(huán)壽命，快速充放電速率及較高的功率密度等優(yōu)點，但是其能量密度普遍偏低，因此，在保證功率密度較高的前提下，研究高能量密度的超級電容器是目前超級電容器發(fā)展的重點。為了獲得高能量密度及功率密度的超級電容器，就需要設(shè)計及合成電化學(xué)性能優(yōu)異的電極材料。電極材料的種類多種多樣，其中過渡金屬硫化物作為超級電容器電極材料之一，

2、具有贗電容特性及較高的理論比容量，是目前比較理想的電極材料?；诖?，本文將高理論比容量的過渡金屬硫化物和高導(dǎo)電性的石墨烯進行復(fù)合，制備出高比表面積、多孔的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的電極材料，并對該電極材料進行形貌、結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的表征和測試，并且將合成的復(fù)合電極材料作為正極，活性炭作為負極，組裝成為非對稱電容器。論文的主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下：
　　一、利用化學(xué)氣相沉積法（CVD）在泡沫鎳（NF）基底上負載石墨烯得到三維石墨烯/泡沫鎳（3D

3、GE/NF）基底。在該基底上通過電化學(xué)沉積法及化學(xué)聚合法合成三維聚吡咯/硫化鈷/石墨烯/泡沫鎳（3D PPY/CoS/GE/NF）電極材料。通過電化學(xué)性能測試，該復(fù)合電極材料在1A/g電流密度下比容量為3450F/g，電流密度增至20A/g時，比容量還有2160F/g；該電極在3A/g時經(jīng)歷1000次循環(huán)后比容量保持率為72.98%。
　　二、延續(xù)上述研究體系，同樣以3D GE/NF為基底，利用電化學(xué)沉積，通過改變沉積液中的鎳鈷含

4、量比，合成不同的3D Ni-Co-S/GE/NF樣品，通過形貌結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能測試得出當(dāng)鎳鈷比為1.68時（7.5mM Ni2+），即3D Ni-Co-S-4/GE/NF電極材料具有最佳電化學(xué)性能。基于上述研究結(jié)果，在3D Ni-Co-S-4/GE/NF材料上通過化學(xué)聚合法進一步負載PPY，合成3D PPY/Ni-Co-S-4/GE/NF復(fù)合材料，該電極材料在1A/g電流密度下，比容量為3994F/g，當(dāng)電流密度增至20A/g時，比容量

5、還有2608F/g；該電極材料在3A/g時，經(jīng)歷2000次循環(huán)后，比容量保持率為82%。
　　三、通過上述研究，以制備的3D PPY/Ni-Co-S-4/GE/NF電極材料為正極，活性炭（AC）為負極，以1mol/L KOH為電解液，合成3D PPY/Ni-Co-S/GE/NF//AC ASC。通過電化學(xué)性能測試，該非對稱電容器電位窗口可以擴大至1.55V，在0.5A/g時，比容量為112F/g；并且測得在其最大能量密度37.37