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α- Ni(OH)2纳米片具有较高的结构柔和度,紧密而又整齐地排列在泡沫镍基底上,形成了一个完整的平均厚度为1.4 μm的薄膜。 (A-C)为α- Ni(OH)2纳米片的SEM 图像,(B)的插入图为α- Ni(OH)2纳米片的放大图; (D)为α- Ni(OH)2纳米片的TEM图像,插入照片显示了含有α- Ni(OH)2纳米片的胶体悬浮液具有丁达尔现象; (E)为α- Ni(OH)2纳米片的HRTEM图像; (F)为无泡沫镍支撑的α- Ni(OH)2纳米片的XRD图。 图2. Ni3S2纳米片(Ni3S2@Ni)的形貌表征结果 Ni(OH)2的二维纳米结构在硫化后仍得到了很好的保持,体现出了该材料较高的结构稳定性。改性后的Ni3S2纳米片表面具有微小的皱纹状结构。 (A-D)为Ni3S2@Ni的SEM图像; (E)为从泡沫镍基底上分离的Ni3S2纳米片的TEM图像; (F)为从泡沫镍基底上分离的Ni3S2纳米片的HRTEM图像。 图3. Ni3S2@Ni的成份表征结果 通过水热硫化法制备的Ni3S2@Ni具有良好的结晶性。 (A)为Ni3S2@Ni的XRD图,证明制备的材料为菱形Ni3S2且结晶度较高; (B)为Ni3S2@Ni的XPS图谱,证明Ni3S2中Ni的氧化态; (C)为Ni3S2@Ni的拉曼光谱。 图4. 三电极体系中Ni3S2@Ni的电容性能 Ni3S2@Ni的电容量大,循环周期长,能量密度高。其性能优越于大多数已报道的镍基材料。 (A)为不同扫描速率下的CV曲线; (B)对比各种样品由CV曲线计算出的电容; (C)为不同电流密度下的恒流放电曲线; (D)对比各种样品由恒流放电曲线计算出的电容; (E)为在50 A g−1下的多循环充放电性能。 图5. Ni3S2@Ni∥AC ASC的性能 Ni3S2@Ni∥AC ASC具有优异的电容性能,且能量密度和功率密度优于已报道的硫化镍基ASCs。 (A)为不同扫描速率下的CV曲线; (B)为根据(A)计算出的电容; (C)为不同电流强度下的恒流放电曲线; (D)为根据(C)计算出的电容; (E)为在10 A g−1下的多循环充放电性能。 (F)为当前工作与其他文献的能量密度vs功率密度曲线的比较图。 图6. Ni3S2@Ni∥AC ASC的数码照片 该设备表现出优异的结构柔韧性(非弹性),及在不同弯曲状态下其电化学性能并无显著差异,而且其输出能量显著,在可穿戴电子设备中的应用潜力巨大。 (A)为半固态(qSS) ASC,蓝色虚线矩形标记为实际工作装置的部分; (B)为qSS ASC处于弯曲的状态; (C)为两个ASCs串联供电18个排列模式为“NUS”绿色发光二极管。 【小结】 在这项工作中,作者通过合理地设计两步法,利用2-MI合成自支撑Ni3S2纳米片阵列。该方法显著地提高了材料的电容性能,在50 A g-1的极高电流密度下,体现出了1000 F g−1的可逆容量,并在20000次充放电循环以后并无明显的衰竭。基于这种材料的非对称电容器在1.7 kW kg−1的功率密度下,能量密度达到了202 W h kg−1。通过以目前的研究为例,我们对未来高性能电极材料的设计提供了一个合理的方向。 参考文献 (1) Chen, J. S.; Guan, C.; Gui, Y.; Blackwood, D. J. Rational Design of Self-Supported Ni3S2 Nanosheets Array for Advanced Asymmetric Supercapacitor with a Superior Energy Density. ACS Appl. Mater. Interfaces. 2017, 9, 496−504 (2) Simon, P.; Gogotsi, Y.; Dunn, B. Where Do Batteries End and Supercapacitors Begin? Science 2014, 343, 1210−1211. (3) Simon, P.; Gogotsi, Y. Materials for Electrochemical Capacitors. Nat. Mater. 2008, 7, 845−854. (4) Arico, A. S.; Bruce, P.; Scrosati, B.; Tarascon, J.-M.; van Schalkwijk, W. Nanostructured Materials for Advanced Energy Conversion and Storage Devices. Nat. Mater. 2005, 4, 366−377. 材料人新能源组背逆时光整理编辑。 材料牛网专注于跟踪材料领域科技及行业进展,如果您对于跟踪材料领域科技进展,解读高水平文章或是评述行业有兴趣,点我加入编辑部。欢迎大家到材料人宣传科技成果并对文献进行深入解读,投稿邮箱[email protected]。 ID:icailiaoren返回搜狐,查看更多 |
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