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

高亚辉1,2, 谭慧君 3, 许艳杰1, 李娟1, 杨娜娜1, 刘姿含1, 姚思语1 (1.洛阳理工学院　环境工程与化学学院；2.河南省绿色建筑材料制造与智能装备重点实验室；3.上海交通大学　化学化工学院)

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。

关键词：石墨烯；过渡双金属硫化物；三聚氰胺泡沫；超级电容器；电解质；电化学；纳米粒子