为满足日益迫切的能源需求,开发高效率无污染的能源储存与转化装置成为近几年研究中的重中之重。超级电容器凭借多方面优势如出色的循环性能、高功率密度、快速充放电能力和较低的维护成本成为众多新型储能设备中极具潜力的选择。电极材料是影响器件储能性能的重要部件,因此电极材料的设计与制备是制造高性能超级电容器的关键一环。在众多的过渡金属化合物中钼基单金属氧（硫）化物具有高的理论比容量、丰富的氧化还原位点、丰富廉价的制备原料,成为一类极具发展潜力的赝电容电极材料。但其仍受本征电导率低和循环稳定性较差的限制。为此,本论文以提高比容量和改善循环稳定性为出发点,通过简捷环保的水热法制备了钼基双金属氧（硫）化物,并对样品结构及其在超级电容器中的应用性能进行了研究。其中引入的高电化学活性金属元素（Co和Ni）不仅提供了丰富的活性位点,而且两种金属离子的协同作用极大地增大了化合物的导电性。进一步地,用电负性更低的S元素取代氧,增大电导率地同时还可以增加结构的柔韧性,有利于提高循环稳定性。具体研究内容如下:（1）以泡沫镍（NF）为基底,利用两步水热法成功合成了表面粗糙的Co Mo2S4纳米棒电极材料,通过控制硫化温度对材料结构和电化学性能进行优化。电化学测试表明,硫化温度为120℃时Co Mo2S4电极呈现出最佳性能,其比电容达到了1992.85 F g-1(电流密度为2 m A cm-2)。同时实现了良好的循环稳定性,连续充放电8000圈后比电容增加到了初始值的106%。此外,以Co Mo2S4和AC作为正/负极构建的混合超级电容器能量密度达到了39.8 Wh kg-1(功率密度为600 W kg-1);经5000次循环,电容保持率为83.43%。（2）通过水热-退火法,以NF为基底,成功制备了NiMoO4/ZnMoO4复合电极材料,研究表明退火温度和Zn:Ni离子比对材料的电容性能有明显影响。在退火温度为450℃,Zn:Ni=4:4的条件下,NiMoO4/ZnMoO4复合电极表现出最高比电容(在2 m A cm-2下达到2064.07 F g-1);在30 m A cm-2下展现出卓越的循环稳定性（持续充放电10,000圈后保持初始电容的99%）。组装的NiMoO4/ZnMoO4//AC器件显示出最大能量密度为47.4 Wh kg-1;并且经过12,000圈GCD循环后,比电容保持率仍能保持初始比容量的91.74%。（3）采用两步水热法在NF基底上直接生长了NiMoS4/ZnMoS4复合电极材料,研究了硫化温度与电化学性能间的关系。随硫化温度的升高,电极材料的比电容值先增大后减小,在120℃时达到最佳。在2 m A cm-2时比电容达到2407.84 F g-1;循环10,000次后仍具有87.6%的容量保持率(电流密度为40 m A cm-2)。进一步地,以NiMoS4/ZnMoS4/NF为正极,AC为负极组装非对称器件,具有54.26 Wh kg-1的能量密度和8947.37 W kg-1的功率密度,经10,000次充放电循环后电容保持率为97.39%。
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