硫化鎳作為超級電容器電極材料的研究.pdf

1、含有多變價金屬離子的材料，例如金屬氧化物、氫氧化物和硫化物等具有較高的放電比容量，因此，其作為超級電容器電極材料被廣泛的研究。其中，以鎳基材料為代表，尤其是氧化鎳和氫氧化鎳，均是較好的超級電容器電極材料，表現(xiàn)出較高的放電比容量和較長的循環(huán)壽命。然而，對于硫化鎳的研究卻相對較少，同時其電化學反應機理研究尚不深入。因此，本論文將以硫化鎳作為研究電極材料，研究其作為超級電容器電極材料在堿性電解質(zhì)中的電化學性能。
　　電極材料的電化學性能

2、很大程度上取決于材料的尺寸、形貌和結構等。從形貌方面考慮，多級結構兼具微米和納米材料的特點，通過二者的協(xié)同作用來縮短電解液離子的擴散路徑和增加充放電過程中的活性位點，從而提高材料的電化學性能。文中首先通過簡單易行的水熱法制備出花狀多級β-NiS電極材料。當反應體系以水和二乙醇胺作為混合溶劑時，得到由松樹枝狀納米結構組裝而成的花狀結構。將其應用于超級電容器中，多級花狀β-NiS展現(xiàn)出較好的電化學性能，當電流密度分別為2A g-1和5A g

3、-1時，放電比容量分別為857.8F g-1和513.0F g-1。當將溶劑更換成為水和DMF的混合溶劑時，得到的是由納米片組裝而成的多級花狀β-NiS。其中，改變原料的用量，納米片的數(shù)量也發(fā)生相應的改變。當電流密度為4A g-1時，進行3000次充放電過程后，放電比容量仍能保持在778.8F g-1。
　　通過提高電極材料的導電性，將電極材料與具有良好導電性的碳材料（例如碳納米管和石墨烯等）復合制備復合材料是提高電極材料電化學性

4、能的另一種有效途徑。文中將NiS納米棒和還原氧化石墨烯（rGO）通過兩步水熱法成功復合。經(jīng)過第一步水熱過程得到氫氧化物復合材料前驅體。然后通過第二步水熱進行離子交換和碳材料的還原，最終得到NiS納米棒、NiS/CNTs和NiS/rGO復合材料。當將三種材料均作為電極材料應用于超級電容器中，NiS/rGO復合材料展現(xiàn)出最優(yōu)異的電化學性能。在NiS/rGO復合材料中，NiS納米棒均一的分布在還原氧化石墨烯的表面，形成了3D導電網(wǎng)絡，提高了電

5、極材料的導電性。另一方面，還原氧化石墨烯的引入，增加了電極材料的比表面積，為充放電過程提供更多的活性位點。同時抑制了電極材料在充放電過程中的團聚現(xiàn)象。電極材料經(jīng)過2000次充放電過程后，放電比容量仍能保持在530.1F g-1。該工作進一步證實合成以還原氧化石墨為基礎的復合材料是提高電極材料電化學性能的有效途徑。
　　合成多元金屬硫化物也是提高電極材料電化學性能的有效途徑之一。通過水熱法控制硫化過程，制備由納米顆粒聚集而成的多孔N

6、iCo2S4六方片。在整個反應過程中，反應之初形成的鎳鈷氫氧化物作為后續(xù)硫化過程的前驅體。然后通過調(diào)節(jié)反應過程的升溫速率來控制硫脲的分解，從而影響H2S的釋放以及S2-離子到達鎳鈷氫氧化物的表面的速率及數(shù)量。當升溫速率為1℃/min時，得到的產(chǎn)物為具有多孔結構的NiCo2S4六方片，繼承了前驅體的形貌；當提高升溫速率為5℃/min時，得到的僅為NiCo2S4納米顆粒，前驅體的形貌未能完好保持。將二者應用于超級電容器中，多孔NiCo2S4