【摘 要】
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考虑到化石燃料对环境的影响和人们对智能电子设备的需求日益增长,开发简便、高效的能源储存系统成为当前研究热点。在新兴的电化学储能系统中,超级电容器具有功率密度高、充放电速度快、循环寿命长、安全性高等特点而备受关注。目前,选择并设计合适的电极材料被认为是提高超级电容器性能的关键途径之一。其中,过渡金属硫化物（TMSs）,由于具有高导电性、高电化学活性、高理论比电容等优点,成为超级电容器领域极具前景的电
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考虑到化石燃料对环境的影响和人们对智能电子设备的需求日益增长,开发简便、高效的能源储存系统成为当前研究热点。在新兴的电化学储能系统中,超级电容器具有功率密度高、充放电速度快、循环寿命长、安全性高等特点而备受关注。目前,选择并设计合适的电极材料被认为是提高超级电容器性能的关键途径之一。其中,过渡金属硫化物（TMSs）,由于具有高导电性、高电化学活性、高理论比电容等优点,成为超级电容器领域极具前景的电极材料。然而,在实际应用中,不可逆的体积变化、缓慢的反应动力学及可能有害的副反应等问题依然限制其进一步发展。为改善TMSs材料的电化学性能,本文将从理论和实践两方面来展开研究:1、基于过渡金属硫化物的固有优势,本文综述了部分不同金属元素的硫化物正极材料在超级电容器领域的最新研究进展,具体包括Ⅷ族（铁、钴、镍）、ⅡB族（锌、镉）、ⅥB族（钼、钨）单金属硫化物和双金属（镍-钴、铜-钴、锰-钴）硫化物及其复合材料。同时,我们说明了形貌控制、界面工程、成分调控及复合工程等提高材料电化学性能的策略。具体来讲:设计拥有较大比表面积和合适孔隙的纳米结构,可为电化学反应提供更多活性位点,缩短离子扩散路径;界面工程（包括元素掺杂、引入空位、表面改性等）可影响离子反应动力学和结构稳定性;合适的成分调控可提高多金属TMSs的电化学性能,因为过渡金属成分与氧化还原反应的活性和稳定性有关;通过具有互补特性的材料相结合,TMSs基复合材料不仅具有更好的储能能力,而且具有更高的柔性和稳定性。然而,为更好地满足商业化需求,器件的能量密度依然需要进一步提升,同时开发简便、低成本的合成途径仍在探索中。2、在理论研究的基础上,本文采用简单、高效的两步水热法在泡沫镍基底上制备了Cu/Ni-Co（OH）2/Co4S3复合材料。在反应过程中,通过调节尿素用量,分别得到了纳米针、纳米针和片及纳米片三种不同形貌的电极材料,其中,交联的纯纳米针结构表现出更优异的电化学性能。在1 A g-1的电流密度下,电极的比电容高达966 C g-1,同时具有良好的倍率性能及优异的循环稳定性（10 000次循环后电容保持率为92.4%）。这主要归因于该结构具有较大的比表面积和合适的孔径分布,可提供丰富的电化学活性位点,有利于离子扩散和电子传输。同时,不同组分间的协同作用也有效地提升了材料的电化学性能。此外,以该复合材料作正极,活性炭作负极,组装了准固态超级电容器,在功率密度为800 W kg-1时,能量密度高达81.4 W h kg-1。该器件可成功点亮15个串联红色灯泡30分钟以上,并为电子表供电2.5小时以上,展现出优异的实际应用能力。
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