過渡金屬硫化物-石墨烯復合材料的制備及其電化學儲能的研究.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或內部離子的快速嵌入及脫出反應來完成儲能。它具有優異的循環壽命，快速充放電速率及較高的功率密度等優點，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，就需要設計及合成電化學性能優異的電極材料。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電性的石墨烯進行復合，制備出高比表面積、多孔的三維網狀結構的電極材料，并對該電極材料進行形貌、結構及電化學性能的表征和測試，并且將合成的復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。論文的主要研究內容及結果如下：
　　一、利用化學氣相沉積法（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沉積法及化學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。通過電化學性能測試，該復合電極材料在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時經歷1000次循環后比容量保持率為72.98%。
　　二、延續上述研究體系，同樣以3D GE/NF為基底，利用電化學沉積，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，通過形貌結構和電化學性能測試得出當鎳鈷比為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性能?；谏鲜鲅芯拷Y果，在3D Ni-Co-S-4/GE/NF材料上通過化學聚合法進一步負載PPY，合成3D PPY/Ni-Co-S-4/GE/NF復合材料，該電極材料在1A/g電流密度下，比容量為3994F/g，當電流密度增至20A/g時，比容量

5、還有2608F/g；該電極材料在3A/g時，經歷2000次循環后，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