【摘 要】
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为了解决传统化石燃料对环境造成的污染问题,开发并利用可再生能源和节能环保的新型储能装置迫在眉睫。而超级电容器作为一种新型的储能装置,因其具有的功率密度高、充放电速
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为了解决传统化石燃料对环境造成的污染问题,开发并利用可再生能源和节能环保的新型储能装置迫在眉睫。而超级电容器作为一种新型的储能装置,因其具有的功率密度高、充放电速度快、循环寿命长等特点,被认为是一种理想的储能设备。电极材料是超级电容器的一个重要组成部分,其结构会影响超级电容器的电化学性能,因此调控电极材料的结构以设计出具有突出电化学性能的电极材料是非常有意义的。二硫化钼(MoS2)因其具有与石墨烯类似的二维结构,且层间距较大,在储能领域受到了研究者们的广泛关注。本文通过一步水热法合成了二硫化钼/氮、磷共掺杂石墨烯(MoS2/NPG)复合材料,然后通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射分析(XRD)、拉曼分析、X射线光电子能谱分析(XPS)等方法对样品的结构和组分进行了表征,并通过循环伏安(CV)、恒电流充放电(GCD)、交流阻抗(EIS)对样品进行了电化学测试。本文的主要内容为:(1)一步水热法合成了单体MoS2和NPG,由于二维层状材料本身容易团聚、堆积,表现出了较差的电化学性能,在三电极体系下,单体MoS2在电流密度为1 A g-1时,质量比电容达到460 F g-1。单体NPG在电流密度为1 A g-1时,质量比电容达到426 F g-1。(2)一步水热法合成了不同比例的二硫化钼与石墨烯复合材料(MoS2/RGO),石墨烯作为MoS2的生长基底,不仅有效抑制了MoS2的团聚,而且提高了MoS2的导电性。实验表明,当氧化石墨烯的添加量为0.06 g时,二者的比例最为合适,此时电化学性能最好,在电流密度为1 A g-1时,比电容可高达525 F g-1。(3)为了研究N和P的掺杂量对材料性能的影响,本文加入了不同质量的(NH4)2HPO4作为N和P的掺杂剂,合成了MoS2/NPG复合材料。实验证明,当(NH4)2HPO4的添加量为0.3 g时性能最优,在电流密度为1 A g-1时,可达到588 F g-1的质量比电容。组装成对称超级电容器后,在电流密度为1 A g-1时,可达到102.5 F g-1的质量比电容,在电流密度为3 A g-1时,循环5000圈后电容保持率仍达到91.67%。对称超级电容器器件在功率密度为300 W kg-1时,能量密度为24.34Wh kg-1。
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