【摘 要】
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超级电容器（SCs）以其极好的安全性、优越的循环稳定性、高功率密度和环保等优点,近年来在众多先进的可再生能源设备中脱颖而出。然而,商业SCs的低能量密度不足以支撑长时间的能耗系统,因此亟需开发兼具高比电容和宽电位窗口的电极材料。掺杂是调节材料晶体结构的有效策略,为储能创造更多的活性位点,其中非金属掺杂已得到了广泛的研究,但阳离子的微量掺杂对金属化合物的增强机理尚不清楚。基于此,本文以钨基纳米材料为
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超级电容器（SCs）以其极好的安全性、优越的循环稳定性、高功率密度和环保等优点,近年来在众多先进的可再生能源设备中脱颖而出。然而,商业SCs的低能量密度不足以支撑长时间的能耗系统,因此亟需开发兼具高比电容和宽电位窗口的电极材料。掺杂是调节材料晶体结构的有效策略,为储能创造更多的活性位点,其中非金属掺杂已得到了广泛的研究,但阳离子的微量掺杂对金属化合物的增强机理尚不清楚。基于此,本文以钨基纳米材料为研究对象,制备了两种镍掺杂的钨基过渡金属化合物电极,并对其进行材料表征及超级电容性能测试,具体如下:以碳布为基底通过水热法制备了不同镍掺杂的氧化钨纳米棒阵列电极（Ni-WO3）,并探讨了Ni掺杂对其超级电容性能的影响。结果显示,当电流密度为10 m A cm-2时,4%掺杂浓度的Ni-WO3表现出了最优异的电荷存储性能,面积比电容可达到4206 m F cm-2,远远优于纯WO3的容量(910 m F cm-2),验证了Ni掺杂改善了WO3电荷存储能力。为了进一步证实Ni-WO3电极的实用价值,成功组装了非对称固态超级电容器（PPy//Ni-WO3 ASC）。ASC器件在1.3 V的电压窗口下最大面积比电容为313.8 m F cm-2,在2.6 m W cm-2的功率密度下可以达到72.3μWh cm-2的最大能量密度。以WO3纳米棒阵列为前驱体,通过高温氮化法制备了氮化钨及不同浓度Ni掺杂的WN纳米阵列（Ni-WN）。结果显示,不同掺杂浓度的Ni-WN电极性能均优于纯WN电极,表明少量的镍掺杂即可优化电极材料的储能特性。同时,4%Ni-WN表现出了极好的循环稳定性,5000次的充放电循环后,容量保持率可达到95.65%。在PVA/H2SO4的凝胶电解质中分别以PPy、4%Ni-WN为正、负极,成功组装了非对称超级电容器,在2.0 m W cm-2的功率密度下具有11.97μWh cm-2的最大能量密度,并且在循环10 000圈仍具有67.47%的容量保持率。结果表明,Ni元素的微量掺杂对钨基电极材料的超电容性能具有显著的优化作用。
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