高性能固态超级电容器:钴镍双金属硫化物负载的石墨烯气凝胶电极
摘要:固态超级电容器具有比液体电解质基的超级电容器安全性高,易于集成的优势,但它在实际应用中仍受到电极结构不稳定和高电容存储能力的限制。本文设计以三聚氰胺泡沫(MF) 作为氧化石墨烯(GO) 和Co2+、Ni2+离子浸渍的载体,利用MF 多孔网络骨架、GO 中含氧官能团负电荷与带正电金属离子产生的静电相互作用,经水热反应制得被褶皱GO 包覆“类海胆状”Ni−Co 前驱体负载的MF 泡沫,后经碳化和硫化过程产生了纳米NiCo2S4 颗粒均匀分散的多孔NiCo2S4/石墨烯气凝胶/三聚氰胺泡沫(GM) 气凝胶材料。得益于NiCo2S4 丰富的电化学位点、石墨烯较大比表面积和优异导电性的协同作用,加速了电解质的快速渗透,加快了OH−扩散和Ni2+/Co2+离子与OH−之间氧化还原反应过程中的电子/离子转移速率,使得所制备NiCo2S4/GM电极在电流密度为0.5 A·g−1 时,比电容高达2 515.3 F·g−1 且具有较高的倍率和循环稳定性能。用KOH/聚乙烯醇凝胶电解质构建的NiCo2S4/GM//活性炭(AC) 固态超级电容器功率密度为14.9 W· kg−1 时能量密度可达51.6 W·h·kg−1,循环10 000 次后其比电容保持率为93.5%。该研究制备的石墨烯气凝胶均匀负载纳米NiCo2S4颗粒是一种性能优异电极材料,且具有良好的实际应用前景。
