本技术介绍了一种新型超级电容器电极材料及其制备技术。该材料为镍钴硫氧复合金属化合物,负载于导电基底上。在1A/g电流密度条件下,该材料展现出高达724的卓越比容量性能。
背景技术
随着化石燃料储存量的减少、人类生活环境的恶化和不可再生能源的开发利用,迫切需要高效的储能装置。在各种电化学能量转换和存储技术中,超级电容器(SC)因其充放电速率快、循环稳定性好和功率密度超高等优点,在电能存储中有广泛应用。超级电容器是一种新型的储能装置,可应用在储能装置、动力电源系统以及诸多电子设备上。超级电容器应用领域包括新能源汽车、智能穿戴设备、电力系统储能等。通常,根据储能机制的不同,超级电容器(SC)可以分为双电层电容器(EDLC)和赝电容器。在不同类型的超级电容器中,由类似电池状正极和活性炭负极构成的混合超级电容器(SCs)引起了人们的极大关注,它可以通过快速氧化还原反应储存能量。混合超级电容器的电容和能量密度比电双层电容器高至少一个数量级,这些优点为提高超级混合电容器的高能量和功率密度提供了一个有前景的策略。混合超级电容器的性能与其电池型正极材料的性能密切相关,因此,寻找和设计合适的正极材料是实现混合超级电容器优异性能的关键。
过渡金属硫化物因其优异的电化学性能、高导电性以及具有独特的纳米结构和良好的物理和电化学性能而被广泛地用作储能材料中的电极材料。它们的高电容源于多种硫化态,这些硫化态可以在氧化还原反应中消耗或产生更多的电子,而且研究发现两种或以上金属化合物复合可以产生显著的协同效应,通常比相应的单一金属硫化物表现出更好的电化学性能。在镍钴基材料体系中镍离子可以促进材料的电化学活性,而钴离子可以降低电荷转移电阻并增强材料的稳定性,从而产生优异的比电容和倍率性能。由于镍离子和钴离子的相互作用,双金属镍钴硫化物表现出优于单金属硫化钴、硫化镍的倍率性能。所以它们是混合超级电容器的非常受欢迎的电池型电极材料。
作为一种具有代表性的三元过渡硫化物,NiCo2
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作为超级电容器或锂离子电池的电极材料已被广泛研究。例如,Jing等人通过水热和磺化法制备了CoNi2
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纳米片,在电流密度为1A g-1
时电容为1136.5F g-1
。Wang等人通过水热反应将Co3
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和NiS整合在一起,实现了显著的协同反应,因此Co3
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@NiS纳米板电极作为电容器正极材料表现出高能量密度和宽电压窗口。Chen等人通过前驱体转化方法制备了具有海胆状形貌的特殊NiCo2
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结构,在电流密度为1A g-1
时得到了1149F g-1
的比电容。在20A g-1
下进行5000次循环后,电容保持率达到91.4%。Wang等人报道了具有可控质量负载的分级NiCo2
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纳米结构,证明了具有低质量负载(0.53mg cm-2
)的电极的比电容达到2732F g-1
。Zhang等人使用不同的溶剂,通过简单的形状控制的水热路线,成功地合成了海胆状、花状、管状和立方状NiCo2
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结构。其比电容在3A g-1
的电流密度下可达到1048F g-1
。在10A g-1
的电流密度下经过5000次充放电循环后,保持在其初始电容的75.9%。Shen等人通过交流电沉积法在碳布上成功复合了CoO-NiO-PPY电极材料,在1Ag-1
的电流密度下电容可以达到1123F g-1
,并且在5000次循环后电容保持率为90.1%。但是这些电极材料制备得到的超级电容器的比容量仍旧较低,且在经过比较不同电流密度下的充放电电容发现,现有的超级电容器材料在大电流下电容衰减比较严重,即在高电流密度下的电容性能不是很稳定,还有待提高。
实现思路