复合硫化钴电极的制备及电容性能研究

引言伴随着人类社会科技的不断进步，工业化快速发展，人类对于能源的依赖达到了前所未有的新高度ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>王佳代</Author><Year>2024</Year><RecNum>765</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>765</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="2xpwtdx0iztse4e92fn5petxxaddedxza9xz"timestamp="1713699281">765</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>王佳代</author><author>雷舒霖</author><author>左兴萍</author><author>胡志鹏</author><author>付旭东</author></authors></contributors><auth-address>湖北工业大学材料与化学工程学院绿色轻工材料湖北省重点实验室;</auth-address><titles><title>燃料电池/超级电容器复合化学电源研究进展%J电源技术</title></titles><pages>32-37</pages><volume>48</volume><number>01</number><keywords><keyword>燃料电池</keyword><keyword>超级电容器</keyword><keyword>复合化学电源</keyword></keywords><dates><year>2024</year></dates><isbn>1002-087X</isbn><urls><related-urls><url>/kcms2/article/abstract?v=z5VdU6XQV3VPRPIz_As8xOnzqGgoGhmm3x6HcK5A9i5BmwLHeVrJ-SnbH6Dm9n56RjpBp9Cs2R6tl5G_k_XrTYKPp9zJ2UEyPYYrRAOAUqVEYk31qyLaykMpNZ6AVfAFpkIrnxdpf1qxlElTm5rU6Q==&uniplatform=NZKPT&language=CHS</url></related-urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[1]。然而，无论是使用煤，石油，天然气等化石燃料所带来的一系列环境问题，还是大多化石燃料作为不可再生资源的局限性，都是满足人类能源需求的巨大挑战。人们因此将目光转向了可再生能源。风能、太阳能、地热能、生物质能等能源产业蓬勃发展ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>张婷</Author><RecNum>767</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[2]</style></DisplayText><record><rec-number>767</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="2xpwtdx0iztse4e92fn5petxxaddedxza9xz"timestamp="1713699705">767</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>张婷</author><author>马裕泽</author><author>乌云娜</author></authors></contributors><auth-address>河北工业大学经济管理学院;华北电力大学经济与管理学院;新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学);</auth-address><titles><title>双碳目标下共享储能多场景递进规划优化研究%J电力建设</title></titles><pages>1-13</pages><keywords><keyword>共享储能</keyword><keyword>规划优化</keyword><keyword>多灵活性资源协同</keyword><keyword>多场景分析</keyword><keyword>新型电力系统</keyword></keywords><dates></dates><isbn>1000-7229</isbn><urls><related-urls><url>/urlid/11.2583.TM.20240401.2004.002</url></related-urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[2]。但是，这些可再生能源由于环境等多种实际条件限制，无法稳定持续地为人类提供能源ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>王雨婷</Author><Year>2023</Year><RecNum>733</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[3]</style></DisplayText><record><rec-number>733</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="2xpwtdx0iztse4e92fn5petxxaddedxza9xz"timestamp="1713416343">733</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">王雨婷</style></author></authors><tertiary-authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">陈学敏</style><styleface="normal"font="default"size="100%">%J,</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">河北科技大学</style></author></tertiary-authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">镍基硫化物电极材料的制备及电化学性能研究</style></title></titles><keywords><keyword>超级电容器</keyword><keyword>尿素氧化反应</keyword><keyword>激光液相烧蚀法</keyword><keyword>镍基硫化物</keyword><keyword>掺杂</keyword></keywords><dates><year>2023</year></dates><publisher><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">河北科技大学</style></publisher><work-type><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">硕士</style></work-type><urls><related-urls><url>/doi/10.27107/ki.ghbku.2023.000406</url></related-urls></urls><electronic-resource-num>10.27107/ki.ghbku.2023.000406</electronic-resource-num><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[3]。因此，开发能够将不稳定的能源供给与稳定的能源需求进行平衡的有效电化学储能器件，可以解决这类能源利用难的问题。现有的储能器件中，电化学储能器件是最稳定、最可靠的。生活中，电池以能量密度高等优点，成为现今研究最多，使用最广泛的储能器件。但是，电池也有充放电速度慢、循环寿命短、功率密度低等一系列缺点。与电池相比，超级电容器有功率密度高、循环寿命长、使用温度范围广等一系列优点，它被认为是一种具有巨大应用前景的新型绿色能源ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>李一帆</Author><Year>2022</Year><RecNum>766</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[4]</style></DisplayText><record><rec-number>766</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="2xpwtdx0iztse4e92fn5petxxaddedxza9xz"timestamp="1713699541">766</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>李一帆</author><author>苏纪宏</author><author>刘富亮</author><author>刘江涛</author></authors></contributors><auth-address>贵州梅岭电源有限公司;特种化学电源国家重点实验室;</auth-address><titles><title>超级电容器电极材料及电解液的研究进展%J电池</title></titles><pages>694-697</pages><volume>52</volume><number>06</number><keywords><keyword>超级电容器</keyword><keyword>双电层电容</keyword><keyword>赝电容</keyword><keyword>电解液</keyword></keywords><dates><year>2022</year></dates><isbn>1001-1579</isbn><urls><related-urls><url>/doi/10.19535/j.1001-1579.2022.06.021</url></related-urls></urls><electronic-resource-num>10.19535/j.1001-1579.2022.06.021</electronic-resource-num><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[4]。目前超级电容器根据电荷存储机理主要可分为两类，即双电层超级电容器和赝电容超级电容器。双电层电容材料以碳材料为主，而赝电容材料则包括导电聚合物过渡金属氧化物和过渡金属硫化物等多种材料ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>李鑫蕊</Author><Year>2024</Year><RecNum>769</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[5]</style></DisplayText><record><rec-number>769</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="2xpwtdx0iztse4e92fn5petxxaddedxza9xz"timestamp="1713699920">769</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>李鑫蕊</author><author>张金才</author><author>宋慧平</author><author>程芳琴</author></authors></contributors><auth-address>山西大学资源与环境工程研究所,黄河流域资源增效减碳教育部工程研究中心;</auth-address><titles><title>生物质基碳材料的制备及其在超级电容器中的研究进展%J功能材料</title></titles><pages>3051-3063</pages><volume>55</volume><number>03</number><keywords><keyword>生物质</keyword><keyword>碳材料</keyword><keyword>制备方法</keyword><keyword>超级电容器</keyword><keyword>电化学性能</keyword></keywords><dates><year>2024</year></dates><isbn>1001-9731</isbn><urls><related-urls><url>/kcms2/article/abstract?v=z5VdU6XQV3UhWOcUPS6Du95pOhjmxfhq59LKZyYgfzySMiJjSGD9p_3hQsyC0ofWMliXb2Dzk_msAfLc578sByF-SL1fLmW1uMdCao_2AsSk7AfQFnr1n8TxaqUJwO92c4LPoHOm8Ik=&uniplatform=NZKPT&language=CHS</url></related-urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[5]。在设计电极时，通常也会将不同的导电材料制成复合材料，使得不同材料的优点互相补充，结构发生改变，从而增强其性能。近年来，硫化镍和硫化钴的高理论比容量，引起了研究者的广泛关注。与过渡金属氧化物相比，硫的原子半径更大，电负性更低。这导致了其成键之后结构更加灵活ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>吴俊凯</Author><Year>2019</Year><RecNum>745</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[6]</style></DisplayText><record><rec-number>745</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="2xpwtdx0iztse4e92fn5petxxaddedxza9xz"timestamp="1713416343">745</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">吴俊凯</style></author></authors><tertiary-authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">王志俊</style><styleface="normal"font="default"size="100%">,</style></author><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">徐伟宏</style><styleface="normal"font="default"size="100%">%J,</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">安徽工程大学</style></author></tertiary-authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">金属硫化物电极材料的制备与超电性能研究</style></title></titles><keywords><keyword>超级电容器</keyword><keyword>水热合成法</keyword><keyword>微/纳米结构</keyword><keyword>硫化物</keyword><keyword>电化学性能</keyword></keywords><dates><year>2019</year></dates><publisher><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">安徽工程大学</style></publisher><work-type><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">硕士</style></work-type><urls><related-urls><url>/kcms2/article/abstract?v=IILC1c-FiAHi-K-V6EMUQFsrp8A1sznI8XgT9KqAA-wcZDwTSGA5Ywcmler7l0t6816EJqrDiWy6-svwbIQb3P7suJZg9hTYTKWtqIxOJfDx6moa6b_Np44LGgHi1BY6TZW69Z6frqowlV38mbONtQ==&uniplatform=NZKPT&language=CHS</url></related-urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[6]。钴具有良好的导电性，镍则具有很高的电化学活性。大量文献报导了单电层硫化钴与硫化镍电极的性能ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[7,8]。但是，它们结构和形态特征的多变，导致其在制备过程中很难制备出稳定单一的硫化物，在电极测试中也会影响其循环的稳定性。与单金属硫化物相比，镍钴硫化物中的镍离子和钴离子表现出多种氧化物态，使其能够产生更加丰富的氧化还原反应，并且它具有至少两个数量级的导电率和更高的电化学活性，这归因于共存于其中的各种过渡金属元素的协同作用ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>杨实润</Author><Year>2018</Year><RecNum>750</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[9]</style></DisplayText><record><rec-number>750</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="2xpwtdx0iztse4e92fn5petxxaddedxza9xz"timestamp="1713416343">750</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">杨实润</style></author></authors><tertiary-authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">周静红</style><styleface="normal"font="default"size="100%">%J,</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">华东理工大学</style></author></tertiary-authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">镍钴硫化物电极材料的制备及其电化学性能研究</style></title></titles><keywords><keyword>镍钴硫化物</keyword><keyword>碳纤维</keyword><keyword>细菌纤维素</keyword><keyword>聚吡咯</keyword><keyword>循环稳定性</keyword></keywords><dates><year>2018</year></dates><publisher><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">华东理工大学</style></publisher><work-type><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">硕士</style></work-type><urls><related-urls><url>/kcms2/article/abstract?v=IILC1c-FiAFusdKqsHUp36zVGbeaBOaQYrK4TiNtZVZ2zcPG1JS_HTWg4tSWSB9AeimUNz0u1Lgci_dJEGJaS9WrzXNrI8Wg-pnXadaQ5nKc0kJAWs4-v6OJcap3H-aMlYl5sE5HMx6GXA07S8LEeQ==&uniplatform=NZKPT&language=CHS</url></related-urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[9]。因此多元金属硫化物及其复合物会表现出比单金属硫化物更加优异的电化学性能，是一种优秀的超级电容器电极材料。本论文制备优化了单一金属硫化物材料，寻找到最优的配比，并制成复合金属硫化物电极。然后搭建对称，非对称电容体系，通过一系列电化学分析方法，测试其电容性能。从而为复合金属硫化物的研究提供实验依据，有助于未来超级电容器更好的开发。2实验部分2.1仪器、材料与试剂表2-1实验仪器设备仪器名称产地电子分析天平梅特勒—托利多仪器（上海）有限公司电热恒温鼓风干燥箱上海精宏实验设备有限公司超声波清洗机广州邦洁电子产品有限公司电化学工作站武汉科思特仪器股份有限公司表2-2实验试剂和实验原料药品名称化学式纯度生产厂商六水合硝酸镍Ni(NO3)2·6H2O分析纯西陇科学化工有限公司六水合硝酸钴Co(NO3)2·6H2O分析纯西陇科学化工有限公司硫脲H2NCSNH2分析纯山东恒泰化学试剂厂活性炭乙炔黑CC分析纯分析纯佛山珀尔斯碳材料科技有限公司赛博电化学材料网氢氧化钾KOH分析纯西陇科学化工有限公司泡沫镍Nifon分析纯壹铭隆新材料2.2电极材料的制备硫化钴-硫化镍电极制备方法超级电容器电极材料的制备方法有很多种，主要有模板法、水热法、电化学沉积法等ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>张勇</Author><Year>2019</Year><RecNum>764</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[10]</style></DisplayText><record><rec-number>764</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="2xpwtdx0iztse4e92fn5petxxaddedxza9xz"timestamp="1713420905">764</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>张勇</author><author>茹意</author><author>王诗文</author><author>高海丽</author></authors></contributors><auth-address>郑州轻工业大学材料与化学工程学院;河南省表界面科学重点实验室;</auth-address><titles><title>超级电容器用NiMoO_4电极材料的研究综述%J电源技术</title></titles><pages>893-895+903</pages><volume>43</volume><number>05</number><keywords><keyword>超级电容器</keyword><keyword>电极材料</keyword><keyword>NiMoO_4</keyword><keyword>制备方法</keyword><keyword>改性</keyword></keywords><dates><year>2019</year></dates><isbn>1002-087X</isbn><urls><related-urls><url>/kcms2/article/abstract?v=IILC1c-FiAFWR9heXh2cc7Yf4H7d7r2F_YpM9-U-Ab8ub27rrygBrQTjAKWr0KJuneZQCMlFkX2Him1tGbxOY2oI_S86c1yFZLBPP8sEoTl9rZnBLVBiGdvo3sdMxMaLq5YgW385wI-_vrxYmaRHCA==&uniplatform=NZKPT&language=CHS</url></related-urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[10]。本实验主要采用电化学沉积法来制备金属硫化物电极，通过电化学工作站施加的电场，使得电解质溶液中的正负离子互相迁移，使得电极片表面产生氧化还原反应，金属材料最终被沉积到电极片上。同时，通过沉积液使用的先后顺序来控制电极材料的沉积顺序，以优化出性能更好的复合金属电极材料。活性炭电极制备方法与金属材料不同，活性炭材料使用离子胶水粘合的方法进行制备。首先，取0.8g活性炭，0.2g乙炔黑，以及50mL乙醇于100mL烧杯，使用超声波清洗机超声10分钟，使其混合均匀。然后，取离子胶水200μL，加入烧杯中，用玻璃棒搅拌均匀。接下来，取一个1×2cm2的泡沫镍进行超声清洗，放入干燥箱中进行干燥，称量质量。最后，将处理好的泡沫镍放入烧杯中，使泡沫镍与碳材料充分接触，之后放入干燥箱中烘干，称量。重复上述步骤，直至泡沫镍上沉积的活性物质不小于5mg。2.3电极材料的测试方法2.3.1循环伏安测试循环伏安法（CV）是一种暂态电化学测试方法，在工作电极和参比电极之间施加一个三角波型的电势信号，并且同时在电脑上记录工作电极上获得的电流与施加的电势信号，并且画出其关系曲线ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>林迎春</Author><Year>2022</Year><RecNum>735</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[11]</style></DisplayText><record><rec-number>735</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="2xpwtdx0iztse4e92fn5petxxaddedxza9xz"timestamp="1713416343">735</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">林迎春</style></author></authors><tertiary-authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">洪三国</style><styleface="normal"font="default"size="100%">,</style></author><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">陈超</style><styleface="normal"font="default"size="100%">%J,</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">南昌大学</style></author></tertiary-authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">三种过渡金属纳米材料的制备及其在超级电容器和催化</style><styleface="normal"font="default"size="100%">CO</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">富氢氧化中的应用</style></title></titles><keywords><keyword>过渡金属化合物</keyword><keyword>能源存储与转化</keyword><keyword>超级电容器</keyword><keyword>质子膜燃料电池</keyword><keyword>CO富氢氧化</keyword></keywords><dates><year>2022</year></dates><publisher><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">南昌大学</style></publisher><work-type><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">博士</style></work-type><urls><related-urls><url>/doi/10.27232/ki.gnchu.2022.004415</url></related-urls></urls><electronic-resource-num>10.27232/ki.gnchu.2022.004415</electronic-resource-num><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[11]。通过分析CV曲线，可以了解电极的反应机理，判断电极的可逆性以及进行定量分析ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>肖玉娟</Author><Year>2019</Year><RecNum>748</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[12]</style></DisplayText><record><rec-number>748</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="2xpwtdx0iztse4e92fn5petxxaddedxza9xz"timestamp="1713416343">748</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">肖玉娟</style></author></authors><tertiary-authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">陈义旺</style><styleface="normal"font="default"size="100%">%J,</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">南昌大学</style></author></tertiary-authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">镍钴基复合材料的制备及其在超级电容器中的应用</style></title></titles><keywords><keyword>碳材料</keyword><keyword>复合电极</keyword><keyword>自支撑</keyword><keyword>柔性</keyword><keyword>超级电容器</keyword></keywords><dates><year>2019</year></dates><publisher><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">南昌大学</style></publisher><work-type><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">硕士</style></work-type><urls><related-urls><url>/doi/10.27232/ki.gnchu.2019.001787</url></related-urls></urls><electronic-resource-num>10.27232/ki.gnchu.2019.001787</electronic-resource-num><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[12]。电化学工作者通常搭建一个三电极体系，在规定的电位范围下改变扫描速率，从而研究优化工作电极上材料的性能。因此，循环伏安测试是电化学研究中一个不可或缺的方法。2.3.2恒电流充放电测试恒电流充放电(GCD)又被称作计时电势法，是指待测电极在恒定的电流下进行充放电，电化学工作站记录下电流的充放电图像，以图像的规律来研究电极的充放电性能ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>欧阳银慧</Author><Year>2021</Year><RecNum>739</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[13]</style></DisplayText><record><rec-number>739</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="2xpwtdx0iztse4e92fn5petxxaddedxza9xz"timestamp="1713416343">739</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">欧阳银慧</style></author></authors><tertiary-authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">王先友</style><styleface="normal"font="default"size="100%">%J,</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">湘潭大学</style></author></tertiary-authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">过渡金属化合物</style><styleface="normal"font="default"size="100%">/</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">碳基复合电极材料的制备及其超级电容特性研究</style></title></titles><keywords><keyword>超级电容器</keyword><keyword>过渡金属化合物</keyword><keyword>碳基材料</keyword><keyword>复合材料</keyword><keyword>协同效应</keyword></keywords><dates><year>2021</year></dates><publisher><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">湘潭大学</style></publisher><work-type><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">硕士</style></work-type><urls><related-urls><url>/doi/10.27426/ki.gxtdu.2021.000881</url></related-urls></urls><electronic-resource-num>10.27426/ki.gxtdu.2021.000881</electronic-resource-num><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[13]。通过充放电图像，可以精确地计算出电极的比电容，还可以通过电流的增加，来判断电极充放电的稳定性。2.3.3交流阻抗测试此外，交流阻抗(EIS)测试也是电化学测试中非常重要的一环。工作站将一个交流讯号施加给电极系统，使得电极系统产生一个响应的信号，工作站记录这些信号并画出谱图，称之为电化学阻抗谱ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>张锦芳</Author><Year>2016</Year><RecNum>760</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[14]</style></DisplayText><record><rec-number>760</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="2xpwtdx0iztse4e92fn5petxxaddedxza9xz"timestamp="1713416343">760</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">张锦芳</style></author></authors><tertiary-authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">林建明</style><styleface="normal"font="default"size="100%">%J,</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">华侨大学</style></author></tertiary-authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">硫化镍复合材料的制备及其在超级电容器中的应用</style></title></titles><keywords><keyword>非对称电容器</keyword><keyword>硫化镍</keyword><keyword>四氧化三钴</keyword><keyword>钴铝层状双氢氧化物</keyword><keyword>泡沫镍</keyword></keywords><dates><year>2016</year></dates><publisher><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">华侨大学</style></publisher><work-type><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">硕士</style></work-type><urls><related-urls><url>/kcms2/article/abstract?v=IILC1c-FiAGqT4vXND1x5LeLu4NjOmJ-MtpJtbd4XHlVRBZCppYSXQLncQN9rkSm0ht6coTk7D3voKnjb8Q4mA4yfkg8Gy504kFY5aYzUQJVlyIB3j_-fP3keTJgzG_YFsgzYzc2fQpkOupuRDTRNg==&uniplatform=NZKPT&language=CHS</url></related-urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[14]。通常，这个频谱中呈现出近似一次函数的线性关系，对测试数据进行分析，可以得到一系列电极的信心，如阻抗或导纳等。2.4电极材料的材料表征2.4.1扫描电子显微镜测试扫描电子显微镜(SEM)是利用仪器射出高速电子，聚焦在样品表面进行轰击，使得高能电子与样品表面电子相互作用，产生各种信号ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>张凯洋</Author><Year>2021</Year><RecNum>741</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[15]</style></DisplayText><record><rec-number>741</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="2xpwtdx0iztse4e92fn5petxxaddedxza9xz"timestamp="1713416343">741</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">张凯洋</style></author></authors><tertiary-authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">袁凯</style><styleface="normal"font="default"size="100%">,</style></author><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">陈义旺</style><styleface="normal"font="default"size="100%">%J,</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">南昌大学</style></author></tertiary-authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">原位制备金属硫化物及其复合材料用于超级电容器</style></title></titles><keywords><keyword>金属硫化物</keyword><keyword>高比电容</keyword><keyword>电极材料</keyword><keyword>非对称超级电容器</keyword></keywords><dates><year>2021</year></dates><publisher><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">南昌大学</style></publisher><work-type><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">硕士</style></work-type><urls><related-urls><url>/doi/10.27232/ki.gnchu.2021.003150</url></related-urls></urls><electronic-resource-num>10.27232/ki.gnchu.2021.003150</electronic-resource-num><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[15]。通过收集分析这些信号，能够获得样品的形态，成分，结构等一系列信息。因此，SEM是一种十分重要的分析工具，成为材料科学领域研究的一种基本分析手段。2.4.2X射线能谱仪测试X射线能谱仪(EDS)是扫描电镜的一个重要配件，在真空环境下，使用电子束轰击样品表面，物质通过被激发发射出x射线，这些x射线具有明显特征性，根据x射线的波长，可以定性，定量分析样品成分以及元素ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>汪颖</Author><Year>2019</Year><RecNum>747</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[16]</style></DisplayText><record><rec-number>747</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="2xpwtdx0iztse4e92fn5petxxaddedxza9xz"timestamp="1713416343">747</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">汪颖</style></author></authors><tertiary-authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">谈利承</style><styleface="normal"font="default"size="100%">%J,</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">南昌大学</style></author></tertiary-authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">基于碳纳米墙阵列复合材料的制备及其超级电容器性能研究</style></title></titles><keywords><keyword>赝电容材料</keyword><keyword>自支撑复合电极</keyword><keyword>分级纳米结构</keyword><keyword>非对称超级电容器</keyword></keywords><dates><year>2019</year></dates><publisher><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">南昌大学</style></publisher><work-type><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">硕士</style></work-type><urls><related-urls><url>/doi/10.27232/ki.gnchu.2019.001998</url></related-urls></urls><electronic-resource-num>10.27232/ki.gnchu.2019.001998</electronic-resource-num><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[16]。实验过程与结果讨论为了测试二元金属硫化物硫化钴镍电极材料的性能，并且优化出合适的配比，需要先制备单一金属硫化物，优化其合适配比，再将最优配比的金属硫化物材料进行复合，将复合材料与单一金属硫化物材料进行比较，判断其电化学性能。之后再搭建非对称电容器进行测试，为材料在实际应用方面进行探索。3.1硫化钴电极材料的制备与性能优化3.1.1硫化钴电极材料的制备以单一金属硫化物硫化钴（Co:S=1:1）电极材料为例，制备过程如下：首先，取0.145515g(10mmol/L)Co(NO3)2·6H2O、0.03806gNH2CSNH2（10mmol/L）以及50mLDI水于100mL烧杯，在室温下搅拌至固体完全溶解。然后，将泡沫镍与铂片，Ag-AgCl参比电极组成三电极体系，然后在工作站上进行电化学沉积，时间设置为200秒。最后，将沉积后的泡沫镍放入烘箱中进行干燥。使用分析天平对干燥好的泡沫镍称重，得到泡沫镍上覆盖的活性物质质量约为0.6mg。 这样就制备出了单一金属硫化物硫化钴（Co:S=1:1）电极材料。此外，通过更改溶液中Co(NO3)2·6H2O与NH2CSNH2的比例，还分别制得了Co:S=0.5:1，2:1，3:1的电极材料。3.1.2硫化钴电极材料的性能优化为了优化硫化钴的储能性能，我们在1mol/LKOH水溶液中搭建三电极体系进行了循环伏安测试。如图3-1为电势范围-0.1-0.6V，扫描速率10mV/s下不同浓度CoS所制备电极材料的CV测试图。从图3-1中可以观察到，当Co：S=2:1时,循环伏安曲线围成的面积最大，由此我们可以得出在沉积溶液中比例为Co：S=2:1时，硫化钴电极材料的比电容最大。图3-1Co:S=1:1,2:1,3:1,0.5:1在扫描速率为10mV/s下的循环伏安曲线3.2硫化镍材料的制备与性能优化3.2.1硫化镍电极材料的制备以单一金属硫化物硫化镍（Ni:S=1:1）电极材料为例，制备过程如下：首先，取0.145395g(10mmol/L)Ni(NO3)2·6H2O、0.03806gNH2CSNH2（10mmol/L）以及50mLDI水于100mL烧杯，在室温下搅拌至固体完全溶解。然后，将泡沫镍与铂片，Ag-AgCl参比电极组成三电极体系，然后在工作站上进行电化学沉积，时间设置为200秒。最后，将沉积后的泡沫镍放入烘箱中进行干燥。使用分析天平对干燥好的泡沫镍称重，得到泡沫镍上覆盖的活性物质质量约为0.5mg。 这样就制备出了单一金属硫化物硫化镍（Ni:S=1:1）电极材料。此外，通过更改溶液中Ni(NO3)2·6H2O与NH2CSNH2的比例，还分别制得了Ni:S=0.5:1，2:1，3:1的电极材料。3.2.2硫化镍电极材料的性能优化同样，为了优化硫化镍的储能性能，我们在1mol/LKOH水溶液中搭建三电极体系进行了循环伏安测试。如图3-2为电势范围-0.1-0.6V，扫描速率10mV/s下不同浓度NiS所制备电极材料的CV测试图。从图3-2中可以观察到，当Ni：S=1:1时,循环伏安曲线围成的面积最大，由此我们可以得出在沉积溶液中比例为Ni：S=1:1时，硫化镍电极材料的比电容最大。图3-2Ni:S=1:1,2:1,3:1,0.5:1在扫描速率为10mV/s下的循环伏安曲线3.3单一金属材料的储能性能分析3.3.1循环伏安测试图3-3展示了以单一金属化合物硫化钴（Co：S=2:1），硫化镍（Ni：S=1:1）搭建三电极体系进行循环伏安测试所画出的曲线。从图中可以看出，两者的CV曲线上都出现了明显的氧化峰与还原峰，这说明两种电极材料都表现出了明显的赝电容特征ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>郑佳红</Author><Year>2024</Year><RecNum>775</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[17]</style></DisplayText><record><rec-number>775</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="2xpwtdx0iztse4e92fn5petxxaddedxza9xz"timestamp="1713700697">775</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>郑佳红</author><author>申嘉钧</author><author>白昕</author></authors></contributors><auth-address>长安大学材料科学与工程学院;</auth-address><titles><title>泡沫镍负载NiMoO_4/NiMoS_4复合材料的制备及其电化学性能%J无机化学学报</title></titles><pages>581-590</pages><volume>40</volume><number>03</number><keywords><keyword>硫化物</keyword><keyword>超级电容器</keyword><keyword>电化学性能</keyword></keywords><dates><year>2024</year></dates><isbn>1001-4861</isbn><urls><related-urls><url>/kcms2/article/abstract?v=8WLnD7pOpNF7iY_XinACvYNbqip6l1DAPy-rUGFI9TMoRmrOh_qk7Avv7peNKGrJe2efJiis2bVf6h8TRzxUJ_YqezqGgyWEmtaxUlteY6Y8bKJEo5dF8kwyrjSR0PKaQKsuzXAbUaw=&uniplatform=NZKPT&language=CHS</url></related-urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[17]。同时，当扫描速率增大时，CV曲线的形状十分稳定且面积也不断增大，还具有良好的对称性，这表明了这两种单一金属化合物电极材料都有着较好的循环稳定性。图3-3（a）硫化钴（Co：S=2:1）在不同扫描速率下的循环伏安曲线。（b）硫化镍（Ni：S=1:1）在不同扫描速率下的循环伏安曲线3.3.2恒电流充放电测试图3-4是分别以单一金属化合物硫化钴（Co：S=2:1），硫化镍（Ni：S=1:1）为工作电极进行恒电流充放电GCD测试得到的曲线。从图中我们可以发现，两者的GCD曲线都表现出良好的对称性，说明其充放电效率十分优秀。图3-4（a）硫化钴（Co：S=2:1）在不同电流密度下的恒电流充放电曲线。（b）硫化镍（Ni：S=1:1）在不同电流密度下的恒电流充放电曲线3.4复合电极材料的制备与性能优化3.4.1硫化镍-硫化钴复合电极材料的制备首先，取一个1×2cm2的泡沫镍进行超声清洗，放入干燥箱中进行干燥，称量质量。接下来，将泡沫镍与铂片，Ag-AgCl参比电极组成三电极体系，使用已经配置的硫化钴溶液（Co:S=2:1）作为电解液，进行电化学沉积，时间设置为200秒。然后，再使用已经配置好的硫化镍溶液（Ni：S=1:1）重复上述操作。最后，将沉积后的泡沫镍放入干燥箱中进行干燥。使用分析天平对干燥好的泡沫镍称重，得到泡沫镍上覆盖的活性物质质量约为0.6mg经过以上步骤，制备得到了复合硫化镍-硫化钴（NiS外层）电极材料。此外，通过更改使用电解液的顺序，制得了硫化钴-硫化镍（CoS外层）电极材料。3.4.2硫化镍-硫化钴复合电极材料的性能优化为了优化复合材料的储能性能，我们在1mol/LKOH水溶液中搭建三电极体系进行了循环伏安测试。如图3-8为电势范围-0.1-0.6V，扫描速率10mV/s下两种复合电极材料的CV测试图。从图3-5中可以观察到，硫化镍在上层时循环伏安曲线围成的面积最大，由此可得出，硫化镍在上层时复合材料的性能最好。图3-5两种复合材料在扫描速率为10mV/s下的循环伏安曲线3.5复合电极材料的储能性能分析3.5.1循环伏安测试图3-6展示了以复合金属硫化物电极材料搭建三电极体系进行循环伏安测试所画出的曲线。当扫描速率增大时，CV曲线的形状十分稳定且面积也不断增大，还具有良好的对称性，这表明了硫化镍-硫化钴复合材料有较好的电化学性能。复合材料的CV曲线上出现了明显的氧化峰与还原峰，表现出了明显的法拉第赝电容特征。图3-6复合电极材料在不同扫描速率下的循环伏安曲线3.5.2恒电流充放电测试图3-7a是以复合电极作为工作电极进行恒电流充放电GCD测试得到的曲线。从图中我们可以发现，随着电流密度的增加，优化后的复合电极材料的充放电时间也相应地减少，且得到的GCD曲线均有良好的对称性，这表明了这种材料具有相对优异的库伦效率。图3-7b是单一金属材料和复合材料在不同电流密度下的比电容值比较。当电流密度分别为2.5A/g、6.25A/g、12.5A/g、25A/g、37.5A/g、62.5A/g、125A/g时，使用比电容公式计算可得在对应电流密度下复合金属材料的比电容分别为588F/g、574F/g、526F/g、473F/g、445F/g、424F/g、357F/g。当电流密度为2.5A/g时，可以明显看出，复合电极材料的比电容值远大于单一金属材料。由此可见，复合电极材料具有更高的比电容。伴随电流密度的不断增加，复合电极材料的比电容从588F/g下降至357F/g，在高的电流密度下依然可以保持较高的比电容水平。这表明，与单一金属化合物电极材料相比，复合金属硫化物电极材料具有更广阔的应用前景。图3-7（a）复合电极材料在不同电流密度下的恒电流充放电曲线（b）单一金属材料和复合材料在不同电流密度下的比电容值3.5.3交流阻抗测试图3-8是单一金属材料与复合金属材料在交流阻抗测试后画出的电化学阻抗谱图，在低频区，直线的斜率越大，表明离子扩散电阻越小，而在高频区的半圆表示了溶液电阻，半圆直径越小，电荷转移电阻值也