面對環(huán)境污染的不斷加重以及傳統(tǒng)不可再生能源的日益消耗,研究開發(fā)清潔環(huán)保且可再生的能源迫在眉睫。然而,目前常見的可再生能源,如風能、太陽能、潮汐能的穩(wěn)定性嚴重受到自然條件的影響,限制了它們的實際應用效率與范圍。而超級電容器以其存儲性能好、釋放能量速度快、使用壽命長、溫度特性好和綠色環(huán)保等獨特性而倍受關注,成為研究熱點。通常超級電容器的性能取決于電極材料的特性,因此研發(fā)高性能電極材料成為提高超級電容器性能的關鍵。NiO、Ni(OH)_2和Ni_3S_2等鎳基材料具有理論比容量高、結構穩(wěn)定、來源豐富和制備容易等優(yōu)點,成為超級電容器電極材料的理想之選。然而NiO和Ni(OH)_2的低電導率和Ni_3S_2的易團聚性,都影響了它們單獨作為電極材料的綜合電化學性能。若將它們復合,則可以利用物質(zhì)之間的協(xié)同作用實現(xiàn)優(yōu)勢互補,改善復合電極材料的綜合電化學性能。本論文以泡沫鎳為基底,將NiO和Ni(OH)_2分別與Ni_3S_2復合形成純鎳基復合材料。通過設計實驗方案,避免材料團聚,改善材料的導電性以合成均勻分散的具有獨特結構的電極材料,來提高電極材料的容量和循環(huán)性等電化學性能。本文的主要內(nèi)容如下:(1)通過水熱合成和熱處理相結合的方法制備了直接長在泡沫鎳上的NiO/Ni_3S_2復合納米材料。Ni_3S_2高的電導率改善了復合材料整體的導電性,彌補了NiO導電性差的缺點,同時將NiO/Ni_3S_2長在泡沫鎳上減小了界面電阻,形成了獨特的峭壁狀結構,增強了結構穩(wěn)定性。因此NiO/Ni_3S_2/NF作為超級電容器的電極材料展現(xiàn)出卓越的電化學性能。在2 mA cm~(-2)的電流密度下容量達到2.28 C cm~(-2),循環(huán)10 000圈后電容仍保持102%。另外,在這項工作中我們還以NiO/Ni_3S_2為正極,活性炭(AC)為負極組裝了混合超級電容器。該混合電容器同樣展現(xiàn)出了優(yōu)異的性能,其能量密度和功率密度分別可達43.99 Wh kg~(-1)和2305.80 W kg~(-1),循環(huán)5000圈后容量保持率為95.36%,并能成功點亮一系列LED燈。(2)通過水熱合成與電沉積相結合的方法設計并合成了長在泡沫鎳基底上的Ni_3S_2/Ni(OH)_2復合材料。首先合成在泡沫鎳上均勻生長的Ni_3S_2,避免其團聚,增加其利用率。然后通過電沉積法將Ni(OH)_2沉積在Ni_3S_2表面之上,形成分層結構。在電化學反應過程中Ni(OH)_2對底層的Ni_3S_2起到了保護作用,因此在電化學測試中Ni_3S_2/Ni(OH)_2/NF表現(xiàn)出超強的循環(huán)穩(wěn)定性,循環(huán)30 000圈后容量保持率高達113%。同時相比單純的Ni_3S_2和Ni(OH)_2電極,Ni_3S_2/Ni(OH)_2/NF容量也得到了提高,在2 mA cm~(-2)的電流密度下,可提供1.58 C cm~(-2)的電容量。同樣地,我們以Ni_3S_2/Ni(OH)_2/NF為正極,AC為負極組裝了混合超級電容器。該混合超級電容器可實現(xiàn)30.23 Wh kg~(-1)的能量密度和3875 W kg~(-1)的功率密度。
【學位單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TB33;TM53

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