石墨烯/金属硫化物复合材料的制备及其锂离子电容器性能研究

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锂离子电池具有较高的能量密度,而超级电容器具有较高的功率密度和优异的循环性能。为了将二者的优势结合在一起,衍生了由电池型负极材料、电容型正极材料和合适的电解液构建的锂离子电容器,其在储能机理上有更大优势实现优异的电化学性能。金属硫化物具有较高的理论容量等优点,可以用作构建高性能锂离子电容器的电极材料,而备受关注。
  利用热分解法和溶剂热法制备了石墨烯/FeS2(GNS/FeS2)复合材料。通过扫描电子显微镜和透射电子显微镜表征可以看出,FeS2纳米颗粒均匀附着在石墨烯上。电化学性能测试表明,石墨烯含量为24%时(GNS/FeS2-24)的复合材料在半电池中的表现最佳。将GNS/FeS2-24与活性炭匹配组装成锂离子电容器,当正负极活性材料质量比例为2:1时的锂离子电容器具有最佳性能,其最大能量密度和功率密度分别为104Wh·kg-1和17589W·kg-1。而且循环性能优异,在1000mA·g-1电流密度下循环5000圈后的容量保持率高达92.5%。
  采用水热法制备了石墨烯/Ni-5-SnS2(GNS/Ni-5-SnS2)复合材料。通过SEM和TEM表征可以看出,约27nm的Ni-5-SnS2纳米颗粒均匀分散于石墨烯上。在电化学性能测试中,石墨烯含量为10%的复合材料(GNS/Ni-5-SnS2-10)表现较好。将其与商业化的活性炭匹配,组装了GNS/Ni-5-SnS2-10//AC锂离子电容器,得到了正负极活性材料质量比例为3:1的性能优异的锂离子电容器,其最大能量密度和功率密度分别为133Wh·kg-1和21270W·kg-1。且具有卓越的循环稳定性,在1000mA·g-1电流密度下循环5000圈后,容量保持率高达92.2%。
  以溶剂热法制备了石墨烯/Co-Sn-S-Se(GNS/Co-Sn-S-Se)复合材料,通过表征可以看到,具有中空结构的Co-Sn-S-Se方块均匀分散在石墨烯上。电化学性能测试结果表明,石墨烯含量为10%的复合材料(GNS/Co-Sn-S-Se-10)具有良好的电化学性能。将GNS/Co-Sn-S-Se-10与活性炭匹配,得到了正负极活性材料质量比例为2:1的性能优异的锂离子电容器,其最大能量密度和功率密度分别为124Wh·kg-1和20672W·kg-1。此外,GNS/Co-Sn-S-Se-10//AC具有不错的循环稳定性,在1000mA·g-1电流密度下循环5000圈后,容量保持率高达79.1%。
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