论文总字数：18177字

摘 要

由于化石燃料资源日渐匮乏，且其造成的环境污染问题持续恶化，新型环境友好、可持续发展的新型绿色能源成为研究的热点。超级电容器作为现代新型绿色储能设备，因为其低成本、电化学性能优异、长寿命等优点成为全世界研究的热点。硫化镍（NiS）作为超级电容器电极材料，由于其表现出较高的理论比电容和倍率特性受到了广泛关注，但其在放电过程中发生的体积膨胀现象将会引起结构上的变化，从而导致性能下降。

针对上述问题，本课题将对NiS进行复合改性。首先通过水热法制备出NiS，并在碱性条件下将PDA与之复合，最后在300℃和500℃下分别进行碳化，得到一种核壳结构的氮掺杂碳包覆NiS材料C-pd-NiS-300和C-pd-NiS-500，分别对其进行表征处理和电化学性能测试，得到最佳的热处理温度为300℃。在电流密度为1 A·g^-1时，比电容值可达到1208 F·g^-1在循环密度为10 A·g^-1时，经过3000次循环，其比电容保持率仍高达83.3%。

关键字：超级电容器 硫化镍 复合电极材料 氮掺杂碳包覆

Preparation and electrochemical properties of nickel sulfide composite

Abstract

Due to the shortage of fossil fuel resources, and the environmental pollution problems caused by them continue to deteriorate, new environmentally friendly and sustainable development of new green energy has become a research hotspot. Because of its low cost, excellent electrochemical performance and long life, supercapacitors have become a hot topic of research all over the world, which is also a new type of green energy storage equipment. NiS, as the electrode material of supercapacitors, has received wide attention because of its high theoretical specific capacitance and rate characteristics, but its volume expansion during discharge will cause structural changes, resulting in performance degradation.

In response to the above-mentioned problems, this subject will carry out composite modification of NiS. First, NiS was prepared by hydrothermal method, and PDA was compounded with it under alkaline conditions, and finally carbonized at 300 ℃ and 500 ℃, respectively，to obtain a core-shell structure of nitrogen-doped carbon coated NiS material named C- pd-NiS-300 and C-pd-NiS-500.Then characterize it and conduct electrochemical performance test separately, we can get the best heat treatment temperature is 300 ℃. When the current density is 1 A·g^-1, the specific capacitance value can reach 1208 F·g^-1. When the cycle density is 10 A·g^-1, after 3000 cycles, the specific capacitance retention rate is still as high as 83.3%.

Key Words: Supercapacitor; NiS; Composite electrode material; Nitrogen-doped carbon coating

目录

摘 要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 文献综述 1

1.1引言 1

1.2超级电容器的分类及储存原理 1

1.2.1双电层超级电容器 2

1.2.2法拉第赝电容器 3

1.2.3混合型电容器 4

1.3超级电容器电极材料研究进展 4

1.3.1碳材料 4

1.3.2过渡金属氧/氢氧化物 5

1.3.3导电聚合物 5

1.3.4复合材料 5

1.3.5硫化物 5

1.4本课题研究内容及预期目标 7

第二章 实验部分 8

2.1实验过程 8

2.1.1 NiS纳米粒子的合成 8

2.1.2 pd-NiS复合材料的制备 8

2.1.3 C-pd-NiS复合材料的制备 8

2.2实验原料 8

2.3实验仪器 9

2.4材料表征及测试方法 9

2.4.1X射线衍射 9

2.4.2场发射扫描电子显微镜 9

2.4.3透射电子显微镜 10

2.5电化学性能测试 10

第三章 实验结果与讨论 12

3.1X射线衍射图 12

3.2扫描电镜图 12

3.3透射电镜图 13

3.4电化学性能分析 13

3.4.1循环伏安法测试 13

3.4.2恒电流充放电 14

3.4.3电化学阻抗谱 16

第四章 结论 18

参考文献 19

致谢 22

第一章 文献综述

1.1引言

由于不可再生化石燃料的大量使用驱使生态环境恶化，对于可以满足社会发展经济、高效、清洁需求的清洁能源的研究已经成为各个国家研究者们探究的热点。然而，目前受到人们广泛关注的清洁能源（如风能、太阳能、潮汐能等）由于受到许多条件限制^[1]，需要高效、清洁的储能装置进行储存和转换。在诸多储能装置中，以环境友好、可持续发展为显著特征的电化学能源成为炙手可热的研究焦点。在新型潜力绿色储能装置中，超级电容器拥有比其他传统储能装置更高的功率密度、更快的充放电能力、更长的循环寿命和低自放电^[2-3]，因此在移动电子通讯、航空航天和国防等领域有着广泛的应用前景。

超级电容器由工作电极、电解液、集流体、隔膜等构件组成，它不同于传统电容器，也不同于现代电池，是一种介于两者之间的新型绿色储能装置。在超级电容器的上述构件之中，电极材料决定了储能器件的性能指标，如能量密度、功能密度和循环稳定性等^[4]，是超级电容器的关键所在，所以目前科研工作者的研究热点在于研发出成本低、性能优的新型电极材料。迄今为止，用作电极材料的材料主要有：碳材料、金属氧/氢氧化物、导电聚合物、复合材料和硫化物等^[5]。

1.2超级电容器的分类及储存原理

18世纪中叶，“莱顿瓶”的出现为日后电容器储能装置的研究奠定了基础^[6]；19世纪末，Helmholz发现了金属电极表面的界面双电层电容性质^[7]；20世纪90年代，Conway发现了意义非凡的“赝电容”^[8]——自此，对于超级电容器的研究风靡一时。二十一世纪以来，为了响应时代绿色、可持续发展的号召，各国对于超级电容器的研究层出不穷。图1.1^[9]是不同储能装置的能量密度和功率密度曲线对比图。超级电容器（即电化学电容器），是具有快速充电速率特点的无源和静态的电存储设备^[10]。从图中我们可以看到，超级电容器在功率密度和能量密度上均优于大多数储能装置，同时其储能能力也要强于传统储能装置。

请支付后下载全文，论文总字数：18177字