用于充電機(jī)充電非對(duì)稱(chēng)超級(jí)電容器的高能量密度Ni3S2納米片陣列資料解析
2017-9-19 9:02:23??????點(diǎn)擊：
【導(dǎo)言】
作為新能源的代表之一，充電機(jī)充電超級(jí)電容器在處理全球能源問(wèn)題的持久戰(zhàn)中發(fā)揮著非常重要的作用。為了完成它在多種范疇的應(yīng)用，努力進(jìn)步其能量密度以能與充電機(jī)充電蓄電池系統(tǒng)相媲美，是進(jìn)步充電機(jī)充電超級(jí)電容器功能的具有挑戰(zhàn)性的使命之一。其中，充電機(jī)充電贗電容器依托快速的法拉第反應(yīng)來(lái)貯存和釋放電荷，一般顯現(xiàn)出比雙電層充電機(jī)充電電容器更高的容量。但是，在充電機(jī)充電贗電容器中，大多數(shù)金屬氧化物和氫氧化物具有半導(dǎo)體或絕緣體的特性，因此此類(lèi)電極資料有必要奇妙地規(guī)劃，以完成充電機(jī)充電贗電容器的最佳能量輸出。
【效果簡(jiǎn)介】
2016年12月15日，ACS Applied Materials & Interfaces發(fā)表題為“合理規(guī)劃地自支撐Ni3S2納米片陣列用于超高能量密度的先進(jìn)充電機(jī)充電非對(duì)稱(chēng)超級(jí)電容器”Rational Design of Self-Supported Ni3S2 Nanosheets Array for Advanced Asymmetric Supercapacitor with a Superior Energy Density的研討論文，通訊作者為電子科技大學(xué)的陳俊松教授和新加坡國(guó)立大學(xué)的D. J. Blackwood教授。本文亮點(diǎn)：在本工作中，作者經(jīng)過(guò)對(duì)活性物質(zhì)的納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行操控，以及對(duì)其化學(xué)組分進(jìn)行改性，合理地規(guī)劃出一套完好的組成系統(tǒng)，成功制備了直接成長(zhǎng)于泡沫鎳基底上的自支撐Ni3S2納米片陣列。該資料在三電極系統(tǒng)中于50 A g-1的極高電流密度下表現(xiàn)出的可逆容量高達(dá)1000 F g-1，而且循環(huán)20000次今后并沒(méi)有顯著的衰竭。隨后，本資料在與活性炭組成的充電機(jī)充電不對(duì)稱(chēng)電容器（ASC）中表現(xiàn)出了高達(dá)202 W h kg-1的能量密度。
【圖文導(dǎo)讀】
計(jì)劃1. α- Ni(OH)2和Ni3S2的成長(zhǎng)示意圖
第一步是一個(gè)在60°C低溫濕化學(xué)過(guò)程，以2-甲基咪唑（2-MI）為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，使α- Ni(OH)2納米片成長(zhǎng)在泡沫鎳基底上。第二步經(jīng)過(guò)水熱硫化處理使α- Ni(OH)2轉(zhuǎn)化為為純相Ni3S2。這個(gè)過(guò)程也會(huì)將泡沫鎳基底的表層轉(zhuǎn)化為Ni3S2，以作為Ni3S2納米片與泡沫鎳基底之間的重要銜接，建立一個(gè)高效的電子分散路徑。
圖1. α- Ni(OH)2納米片（Ni(OH)2@Ni）的表征成果
α- Ni(OH)2納米片具有較高的結(jié)構(gòu)柔軟度，嚴(yán)密而又規(guī)整地?cái)[放在泡沫鎳基底上，形成了一個(gè)完好的平均厚度為1.4 μm的薄膜。
（A-C）為α- Ni(OH)2納米片的SEM 圖畫(huà)，（B）的刺進(jìn)圖為α- Ni(OH)2納米片的擴(kuò)大圖；
（D）為α- Ni(OH)2納米片的TEM圖畫(huà)，刺進(jìn)相片顯現(xiàn)了含有α- Ni(OH)2納米片的膠體懸浮液具有丁達(dá)爾現(xiàn)象；
（E）為α- Ni(OH)2納米片的HRTEM圖畫(huà)；
（F）為無(wú)泡沫鎳支撐的α- Ni(OH)2納米片的XRD圖。
圖2. Ni3S2納米片（Ni3S2@Ni）的描摹表征成果
Ni(OH)2的二維納米結(jié)構(gòu)在硫化后仍得到了很好的堅(jiān)持，表現(xiàn)出了該資料較高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。改性后的Ni3S2納米片外表具有細(xì)小的皺紋狀結(jié)構(gòu)。
（A-D）為Ni3S2@Ni的SEM圖畫(huà)；
（E）為從泡沫鎳基底上別離的Ni3S2納米片的TEM圖畫(huà)；
（F）為從泡沫鎳基底上別離的Ni3S2納米片的HRTEM圖畫(huà)。
Ni3S2@Ni的成份表征成果
經(jīng)過(guò)水熱硫化法制備的Ni3S2@Ni具有杰出的結(jié)晶性。
（A）為Ni3S2@Ni的XRD圖，證明制備的資料為菱形Ni3S2且結(jié)晶度較高；
（B）為Ni3S2@Ni的XPS圖譜，證明Ni3S2中Ni的氧化態(tài)；
（C）為Ni3S2@Ni的拉曼光譜。
三電極系統(tǒng)中Ni3S2@Ni的電容功能
Ni3S2@Ni的電容量大，循環(huán)周期長(zhǎng)，能量密度高。其功能優(yōu)越于大多數(shù)已報(bào)導(dǎo)的鎳基資料。
（A）為不同掃描速率下的CV曲線；
（B）比照各種樣品由CV曲線計(jì)算出的電容；
（C）為不同電流密度下的恒流放電曲線；
（D）比照各種樣品由恒流放電曲線計(jì)算出的電容；
（E）為在50 A g?1下的多循環(huán)充放電功能。
Ni3S2@Ni∥AC ASC的功能
Ni3S2@Ni∥AC ASC具有優(yōu)異的電容功能，且能量密度和功率密度優(yōu)于已報(bào)導(dǎo)的硫化鎳基ASCs。
（A）為不同掃描速率下的CV曲線；
（B）為依據(jù)（A）計(jì)算出的電容；
（C）為不同電流強(qiáng)度下的恒流放電曲線；
（D）為依據(jù)（C）計(jì)算出的電容；
（E）為在10 A g?1下的多循環(huán)充放電功能。
（F）為當(dāng)前工作與其他文獻(xiàn)的能量密度vs功率密度曲線的比較圖。
（A）為半固態(tài)（qSS） ASC，藍(lán)色虛線矩形標(biāo)記為實(shí)際工作設(shè)備的部分；
（B）為qSS ASC處于曲折的狀態(tài)；
（C）為兩個(gè)ASCs串聯(lián)供電18個(gè)擺放形式為“NUS”綠色發(fā)光二極管。
【小結(jié)】
在這項(xiàng)工作中，作者經(jīng)過(guò)合理地規(guī)劃兩步法，使用2-MI組成自支撐Ni3S2納米片陣列。該辦法顯著地進(jìn)步了資料的電容功能，在50 A g-1的極高電流密度下，表現(xiàn)出了1000 F g?1的可逆容量，并在20000次充放電循環(huán)今后并無(wú)顯著的衰竭。根據(jù)這種資料的充電機(jī)充電非對(duì)稱(chēng)電容器在1.7 kW kg?1的功率密度下，能量密度達(dá)到了202 W h kg?1。經(jīng)過(guò)以現(xiàn)在的研討為例，我們對(duì)未來(lái)高功能電極資料的規(guī)劃供給了一個(gè)合理的方向。
作為新能源的代表之一，充電機(jī)充電超級(jí)電容器在處理全球能源問(wèn)題的持久戰(zhàn)中發(fā)揮著非常重要的作用。為了完成它在多種范疇的應(yīng)用，努力進(jìn)步其能量密度以能與充電機(jī)充電蓄電池系統(tǒng)相媲美，是進(jìn)步充電機(jī)充電超級(jí)電容器功能的具有挑戰(zhàn)性的使命之一。其中，充電機(jī)充電贗電容器依托快速的法拉第反應(yīng)來(lái)貯存和釋放電荷，一般顯現(xiàn)出比雙電層充電機(jī)充電電容器更高的容量。但是，在充電機(jī)充電贗電容器中，大多數(shù)金屬氧化物和氫氧化物具有半導(dǎo)體或絕緣體的特性，因此此類(lèi)電極資料有必要奇妙地規(guī)劃，以完成充電機(jī)充電贗電容器的最佳能量輸出。
【效果簡(jiǎn)介】
2016年12月15日，ACS Applied Materials & Interfaces發(fā)表題為“合理規(guī)劃地自支撐Ni3S2納米片陣列用于超高能量密度的先進(jìn)充電機(jī)充電非對(duì)稱(chēng)超級(jí)電容器”Rational Design of Self-Supported Ni3S2 Nanosheets Array for Advanced Asymmetric Supercapacitor with a Superior Energy Density的研討論文，通訊作者為電子科技大學(xué)的陳俊松教授和新加坡國(guó)立大學(xué)的D. J. Blackwood教授。本文亮點(diǎn)：在本工作中，作者經(jīng)過(guò)對(duì)活性物質(zhì)的納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行操控，以及對(duì)其化學(xué)組分進(jìn)行改性，合理地規(guī)劃出一套完好的組成系統(tǒng)，成功制備了直接成長(zhǎng)于泡沫鎳基底上的自支撐Ni3S2納米片陣列。該資料在三電極系統(tǒng)中于50 A g-1的極高電流密度下表現(xiàn)出的可逆容量高達(dá)1000 F g-1，而且循環(huán)20000次今后并沒(méi)有顯著的衰竭。隨后，本資料在與活性炭組成的充電機(jī)充電不對(duì)稱(chēng)電容器（ASC）中表現(xiàn)出了高達(dá)202 W h kg-1的能量密度。
【圖文導(dǎo)讀】
計(jì)劃1. α- Ni(OH)2和Ni3S2的成長(zhǎng)示意圖
第一步是一個(gè)在60°C低溫濕化學(xué)過(guò)程，以2-甲基咪唑（2-MI）為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，使α- Ni(OH)2納米片成長(zhǎng)在泡沫鎳基底上。第二步經(jīng)過(guò)水熱硫化處理使α- Ni(OH)2轉(zhuǎn)化為為純相Ni3S2。這個(gè)過(guò)程也會(huì)將泡沫鎳基底的表層轉(zhuǎn)化為Ni3S2，以作為Ni3S2納米片與泡沫鎳基底之間的重要銜接，建立一個(gè)高效的電子分散路徑。
圖1. α- Ni(OH)2納米片（Ni(OH)2@Ni）的表征成果
α- Ni(OH)2納米片具有較高的結(jié)構(gòu)柔軟度，嚴(yán)密而又規(guī)整地?cái)[放在泡沫鎳基底上，形成了一個(gè)完好的平均厚度為1.4 μm的薄膜。
（A-C）為α- Ni(OH)2納米片的SEM 圖畫(huà)，（B）的刺進(jìn)圖為α- Ni(OH)2納米片的擴(kuò)大圖；
（D）為α- Ni(OH)2納米片的TEM圖畫(huà)，刺進(jìn)相片顯現(xiàn)了含有α- Ni(OH)2納米片的膠體懸浮液具有丁達(dá)爾現(xiàn)象；
（E）為α- Ni(OH)2納米片的HRTEM圖畫(huà)；
（F）為無(wú)泡沫鎳支撐的α- Ni(OH)2納米片的XRD圖。
圖2. Ni3S2納米片（Ni3S2@Ni）的描摹表征成果
Ni(OH)2的二維納米結(jié)構(gòu)在硫化后仍得到了很好的堅(jiān)持，表現(xiàn)出了該資料較高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。改性后的Ni3S2納米片外表具有細(xì)小的皺紋狀結(jié)構(gòu)。
（A-D）為Ni3S2@Ni的SEM圖畫(huà)；
（E）為從泡沫鎳基底上別離的Ni3S2納米片的TEM圖畫(huà)；
（F）為從泡沫鎳基底上別離的Ni3S2納米片的HRTEM圖畫(huà)。
Ni3S2@Ni的成份表征成果
經(jīng)過(guò)水熱硫化法制備的Ni3S2@Ni具有杰出的結(jié)晶性。
（A）為Ni3S2@Ni的XRD圖，證明制備的資料為菱形Ni3S2且結(jié)晶度較高；
（B）為Ni3S2@Ni的XPS圖譜，證明Ni3S2中Ni的氧化態(tài)；
（C）為Ni3S2@Ni的拉曼光譜。
三電極系統(tǒng)中Ni3S2@Ni的電容功能
Ni3S2@Ni的電容量大，循環(huán)周期長(zhǎng)，能量密度高。其功能優(yōu)越于大多數(shù)已報(bào)導(dǎo)的鎳基資料。
（A）為不同掃描速率下的CV曲線；
（B）比照各種樣品由CV曲線計(jì)算出的電容；
（C）為不同電流密度下的恒流放電曲線；
（D）比照各種樣品由恒流放電曲線計(jì)算出的電容；
（E）為在50 A g?1下的多循環(huán)充放電功能。
Ni3S2@Ni∥AC ASC的功能
Ni3S2@Ni∥AC ASC具有優(yōu)異的電容功能，且能量密度和功率密度優(yōu)于已報(bào)導(dǎo)的硫化鎳基ASCs。
（A）為不同掃描速率下的CV曲線；
（B）為依據(jù)（A）計(jì)算出的電容；
（C）為不同電流強(qiáng)度下的恒流放電曲線；
（D）為依據(jù)（C）計(jì)算出的電容；
（E）為在10 A g?1下的多循環(huán)充放電功能。
（F）為當(dāng)前工作與其他文獻(xiàn)的能量密度vs功率密度曲線的比較圖。
Ni3S2@Ni∥AC ASC的數(shù)碼相片
該設(shè)備表現(xiàn)出優(yōu)異的結(jié)構(gòu)柔韌性（非彈性），及在不同曲折狀態(tài)下其電化學(xué)功能并無(wú)顯著差異，而且其輸出能量顯著，在可穿戴電子設(shè)備中的應(yīng)用潛力巨大。（A）為半固態(tài)（qSS） ASC，藍(lán)色虛線矩形標(biāo)記為實(shí)際工作設(shè)備的部分；
（B）為qSS ASC處于曲折的狀態(tài)；
（C）為兩個(gè)ASCs串聯(lián)供電18個(gè)擺放形式為“NUS”綠色發(fā)光二極管。
【小結(jié)】
在這項(xiàng)工作中，作者經(jīng)過(guò)合理地規(guī)劃兩步法，使用2-MI組成自支撐Ni3S2納米片陣列。該辦法顯著地進(jìn)步了資料的電容功能，在50 A g-1的極高電流密度下，表現(xiàn)出了1000 F g?1的可逆容量，并在20000次充放電循環(huán)今后并無(wú)顯著的衰竭。根據(jù)這種資料的充電機(jī)充電非對(duì)稱(chēng)電容器在1.7 kW kg?1的功率密度下，能量密度達(dá)到了202 W h kg?1。經(jīng)過(guò)以現(xiàn)在的研討為例，我們對(duì)未來(lái)高功能電極資料的規(guī)劃供給了一個(gè)合理的方向。
- 上一篇：充電機(jī)充電鋰離子蓄電池極片殘留水分測(cè)驗(yàn)及其對(duì)功能的影響 2017/9/19
- 下一篇：充電機(jī)充電燃料蓄電池技能高活性的雙功用催化劑處理途徑和方案 2017/9/19
