然而目前的超级电容器还存在能量密度低、功率密度不敷以及循环寿命短等问题。因此,提高超级电容器的性能是当前的研究热点之一。
高能量密度电子产品和各种电动汽车市场的兴起促进了高效、廉价且环境友好的储能技能和设备的生产。
个中,超级电容器(SC)因其出色的能量密度、额定性能和优胜的循环耐久性而引起了广泛的研究兴趣。

SCs补充了传统电池装置和电容器的存储空缺,因此被认为是有出息的高效存储装置,超级电容器的能量密度仍远低于锂离子电池,限定了其大面积工业运用。
根据事情事理的不同,超级电容器分为两类:双电层电容器(EDLC)和法拉第赝电容器。
为了提高能量密度和卓越的灵巧性,由两种电极组成的不对称超级电容器(ACS)引起了人们的极大兴趣,由于它们可以利用电池和超级电容器的优点,从而显著提高其能量和功率密度。
众所周知,碳基材料作为电池型电极表现出精良的高导电性和精良的密度,它们仍旧未能达到龟龄命耐用性的期望。
与它们比较,赝电容器材料在电极表面附近具有丰富的法拉第氧化还原反应活性位点,使其具有精良的储能性能。
赝电容器的范例电极是RuO 2和MnO 2,但由于它们对环境有害且电导率低,其利用受到阻碍。
最近,过渡金属基材料,包括氧化物、硫化物和氢氧化物已成为前辈的赝电容器电极材料。
由于其丰富的氧化态和多种形态和构造,有利于促进快速、可逆的法拉第氧化还原反应,从而产生较高的理论容量。
特殊是属于二元氧化物家族的 NiMoO 4因其形态多样性和出色的电容效率而成为很好的候选者,常日NiMoO 4在低温和高温下分别具有八面体和四面体两种稳定构造。
NiMoO 4是一种廉价、丰富、环境友好的商品,具有显著的镍原子容量和来自钼原子的高电导率,合成了多级碳球@NiMoO 4 ,在1.0 A g -1下表现出良好的比容量,为268.8 F g -1 。
因此,NiMoO 4的构造润色和构建与容量和稳定性干系的技能,对付得到前辈的二元稠浊体非常主要。
与金属氧化物比较,过渡金属硫化物具有更高的电导率、化学耐久性或氧化还原动力学,被视为其他潜在的赝电容候选者。
与氧不同,硫具有相对较低的电负性,有利于在金属离子和其他物质之间形身分歧的纳米构造。
特殊是硫化镍具有丰富的氧化还原活性位点、强还原性和廉价的上风,表现出超级电容器的精良性能。
二硫化钼由于石墨型层构造和Mo原子的浩瀚价态,可以在不同层之间存储电荷,因此表现出精良的循环稳定性和赝电容技能。
MoS 2的原子层形成三明治构造,两个硫原子层之间的钼层通过范德华力结合在一起,有利于离子嵌入和电子转移。
不幸的是,化学配制的MoS 2纳米片可能会聚拢,减少表面积并导致导电能力差。
以是,有必要设计和开拓异质构造材料,以增强导电性、缩短电子/离子传输路径并实现高倍率性能。
一种方法是用多种晶体物质构建分层构造,可以有效地交替电子构型,从而由于异质构造的协同效应而表现出精良的电化学活性。
到目前为止,许多贡献都致力于设计由金属硫化物和金属氧化物组成的外部分层构造。
构建核壳构造,被证明是最大限度地利用多个组件的优点,来实现高性能超级电容器的有效策略。
在此,开拓了一种核壳分层构造,核心NiMoO 4纳米棒被Ni 9 S 8 /MoS 2纳米片包裹,定义为NiMoO 4 @Ni 9 S 8 /MoS 2,它是由Mo/Ni先驱体转化而来的硫化。
这种构造供应了机器保护,并充当连接外部金属硫化物和内核的桥梁。
NiMoO 4 @Ni 9 S 8/MoS 2纳米棒 在10 A g -1下表现出373.4 F g -1的精良比 容量和精良的循环性能,这意味着NiMoO 4 @Ni 9 S 8 /MoS 2可以成为高效储能系统的空想电极。
比较之下,未经硫化的NiMoO 4 纳米棒纵然部分纳米棒断裂,仍保持表面光滑的描述,证明硫化可以保护纳米棒免于塌陷。
这种构造有利于电荷转移和离子传输,从而提高电化学性能。
通过透射电子显微镜创造了纳米棒的详细描述,表明核壳构造由作为外壳部分的 2D Ni 9 S 8 /MoS 2纳米片和1D钼酸镍纳米棒内核组成。
在外部金属硫化物和内部金属氧化物核之间的全体纳米棒中可以不雅观察到相关异质界面,这可以形成供应充足电荷转移通道的多孔构造。
Mo、Ni、S和O的均匀分布证明了Ni 9 S 8 /MoS 2的二元化合物。
值得一提的是,大多数Mo和O元素紧张分散在核心中央,表明复合股料内部掺入了NiMoO4 。
研究 XRD 以描述 NiMoO 4 @Ni 9 S 8 /MoS 2的晶体形状,23.9°、28.8°、29.7°、41.2°和47.4°处的特色峰证明了NiMoO 4的形成。
孔分布曲线 表明主产物具有0.6 nm、3 nm和10 nm的孔,证明了Ni 9 S 8 /MoS 2微孔的存在来自内核的纳米薄片和中孔。
主产品的这种多孔构造可能是由于在高温煅烧过程中引入硫导致的,进一步产生更多的活性位点并加强电化学过程中的电子传输。
上述结果证明,金属硫化物和钼酸镍的形成具有丰富的孔隙,这种多孔构造可以产生更多的活性位点并供应更多的电荷转移通道,缩短离子扩散间隔,有利于电化学过程。
通过X射线光谱法对电极进行元素状态剖析,XPS丈量光谱显示纳米棒中同时存在Ni、Mo、S和O元素。
核心阶段的 Mo 3d XPS 谱可分为 6 个峰,其余两个结合能226.5和225.6 eV的旗子暗记也分别符合金属硫键的S 2 s轨道。
所有电极的电化学输出,均通过碱性溶液中的三电极配置进行研究,NiMoO 4 @Ni 9 S 8 /MoS 2在- 0.3至0.6 V的电压窗口等分别从5至200 mV s -1的CV曲线。
显然,在0.2-0.4 V和−0.1至0 V的电压窗口中涌现了两个氧化还原峰,这意味着Ni 2+ /Ni 3+的范例价态变革以及Mo 4+和Mo 6+之间的法拉第氧化还原。
电化学过程与NiMoO 4的CV曲线比较,主产品的CV曲线乃至在200 mV s -1的高值下仍保持不变,显示出NiMoO 4 @Ni 9 S 8 /MoS 2出色的耐久性。
随着扫描速率的增大表明法拉第反应快速,尖峰略微变为宽电压窗口。
这归因于Ni 9 S 8 /MoS 2和NiMoO 4之间由于紧密的异质相互浸染而产生了强烈的协同效应。
进一步验证了金属硫化物杂化物的合成及其范例的赝电容行为,显示了紧张产品和比拟材料的CV图,以验证NiMoO 4 @Ni 9 S 8 /MoS 2纳米棒作为优质电极的优点。
与NiMoO 4电极比较,NiMoO 4 @Ni 9 S 8 /MoS 2纳米棒具有更高的电流密度和更大的面积,由于多个电子传输通道以及金属硫化物和钼酸镍内的协同效应,电容显著增强。
值得把稳的是,NiMoO 4 @Ni 9 S 8 /MoS范例峰的电流密度2显示出比 NiMoO 4更线性和陡峭的相应,这表明 BET 结果的表面积更大,电导率更高,活性位点更多,并且由于多孔核壳形状而导致离子交流更快。
4 @Ni 9 S 8 /MoS 2纳米棒的电流密度范围为1至20 A g -1,与NiMoO 4比较,NiMoO 4 @Ni 9 S 8 /MoS 2纳米棒在2 A g −1下表现出更长的充电/放电韶光,为446 s。
这也进一步供应了NiMoO 4 @Ni 9 S 8 /MoS 2和NiMoO 4相应的充放电曲线。NiMoO 4 @Ni 9 S 8 /MoS 2的明显电压平台证明了与 NiMoO 4比较的“电池型”赝电容行为。
据宣布,硫化后的双金属先驱体产生了分层的 Ni 9 S 8 /MoS 2纳米片,其层间距扩大,有利于离子扩散,增强了电容。
GCD图的非线性形状进一步描述了紧张源自NiMoO 4、Ni 9 S 8和MoS 2的化学转化的可逆赝电容特性,可以用以下方程表示:
由于内阻和法拉第化学反应导致电位降落缓慢,随着电流密度的增加,放电韶光显著缩短。
更明显的结果在10 A g -1,NiMoO 4 @Ni 9 S 8 /MoS 2复合股料的总充电/放电持续韶光远优于NiMoO 4。
如此出色的性能可以用不止一种机制来阐明。
核壳构造供应了丰富的电子传输路子,并充当连接外金属硫化物壳和内NiMoO 4的桥梁。
核心,供应机器赞助,以防止构造在法拉第反应过程中塌陷和聚拢,从而提高电导率。
再加上具有丰富微孔和具有介孔的内核NiMoO 4的Ni 9 S 8 /MoS 2纳米片具有较高的表面积,并且氧化还原反应的异质增加的电活性位点,增强了电导率并促进了传质。
并且,Ni 9 S 8和MoS 2之间的协同效应,有助于在储能过程中实现高电容。
个中α为系数,i代表最大电流,υ代表扫描速率,β是 log ( i ) 和 log ( v) 图的斜率。
以是,β = 0.5 表示扩散掌握过程,β = 1 意味着反应是表面掌握的或具有类似电容器的特色,结果也显示出β值靠近0.55。
这表明氧化还原过程动力学是由离子扩散决定的,进一步验证了NiMoO 4 @Ni 9 S 8 /MoS 2中的法拉第反应电极。
根据 GCD 图,不同电流密度的分外电容所示 ,NiMoO 4 @Ni 9 S 8 /MoS 2电极在1,2,5,10,15和20 A g -1时的比电容分别为488.9、467.6、373.4、240.1、92.0和52.9 F g -1。
分别通过与NiMoO 4的值比较,其表现出精良的倍率性能。
经由10000次循环后,主产品的容量保持率为81.0%,库伦效率险些保持在100%,远优于表S1中的NiMoO 4 (40.1%)和其他电极,表明其具有精良的循环稳定性。
电容衰减的紧张缘故原由,可能是在10 A g -1下离子/电子难以到达材料的较厚区域。
NiMoO 4 @Ni 9 S 8 /MoS 2的精良性能纳米棒被归因于核壳构造,外部金属硫化物壳保护构造免于塌陷并限定快速电子转移速率导致电极分解,进一步证明了这种构造的优点。
主产物的电荷转移电阻(0.7 Ω)远小于比拟样品(2.41 Ω),这与电解质和电极表面附近氧化还原反应的电子转移动力学干系。
根据之前的研究,如此低的电荷转移电阻归因于二元Ni 9 S丰富的电化学活性位点和大的微孔腔8 /MoS 2壳并在电荷传输过程中与质量传输相互浸染。
还该当提到的是,由于硫的电负性比氧低,双金属硫化物创造了一个灵巧的空间,防止原子间伸长引起的构造分解,并使电子易于在构造中传输。
循环后,NiMoO 4 @Ni 9 S 8 /MoS 2的电阻从0.7 Ω增加到1.23 Ω,比较之下,NiMoO 4由于S4f中的塌陷构造,显示出较大的电荷转移电阻。
根据上述结果,NiMoO 4 @Ni 9 S 8 /MoS 2纳米棒的卓越性能归因于,纳米棒分外的核壳构造,保护构造免于塌陷和堕落,充当桥梁外部金属硫化物和内核导致高电导率并在电解质和电极之间供应足够的打仗面积。
亦或者是Ni 9 S 8 /MoS 2超薄纳米片供应更多的活性位点和增加的表面积以及多个微/中孔,供应大量的离子传输通道,范例异质构造的协同效应也有利于离子和电子的传输。
总结分外的核壳NiMoO 4 @Ni 9 S 8 /MoS 2异质构造是由Mo/Ni先驱体通过大略的水热过程转化而来,然后进行硫化,可作为超级电容器的高效电极。
它在 10 A g -1下表现出了无与伦比的比容量 373.4 F g -1,稠浊电极在 10,000 次充电/放电循环后仍保持 81.0% 的精良耐久性。
经由硫化处理的异质构造核壳NiMoO4纳米棒电极,具有更高的能量密度和功率密度,且具有较长的循环寿命。
如此精良的电化学性能归因于分外的多孔核壳构造、增加的表面积和充足的活性位点,展示了一种设计超级电容器分层构造纳米材料的简便方法。