Page 120 - 《精细化工》2022年第5期

·974· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 39 卷

0.01 mol）溶于 50 mL 去离子水中，超声处理 10 min 振幅为 5 mV。利用蓝电电池测试系统测试循环稳定
后倒入 100 mL 水热合成反应釜中，放入之前干燥好 性。按式（2）计算比电容：
的负载有 Al 掺杂 Ni-Co 前驱体的 CC，在 120 ℃反 C  I t  （2）

应 14 h；反应结束后，取出负载有 Al-NiCo 2 S 4 的 CC， mV
用去离子水和乙醇分别洗涤 3 次，60 ℃干燥 12 h， 式中：C 为比电容，F/g；I 为放电电流，A；Δt 为
得到最终产物 CC@Al-NiCo 2 S 4 。活性物质负载量约 放电时间，s；m 为电极质量，g；ΔV 为放电电位窗
2
为 1.1583 mg/cm 。 口，V。
其中，活性物质的负载量按式（1）进行计算： 为使非对称超级电容器的性能达到最佳，根据
m  m 电荷平衡方程，即式（3），计算正负极的质量比。
L  1 0  1000 （1）
S 能量密度（E，W·h/kg）和功率密度（P，W/kg）分
2
式中：L 为活性物质负载量，mg/cm ；m 1 和 m 0 分别 别由式（4）和（5）计算：
2
为最终产物和 CC 的质量，g；S 为 CC 的面积，cm 。 m C  V
    （3）
1.3 电极制备及器件组装 m  C  V 

1.3.1 工作电极的制备 C ( V ) 2
将 CC@Al-NiCo 2 S 4 裁剪成 1 cm×1 cm 的样品， E  7.2 （4）
再裁取 2 片 1.0 cm×1.5 cm 的泡沫镍，将 CC@Al- 3600E
P  （5）
NiCo 2 S 4 置于两片泡沫镍之中，在 10 MPa 下压制 t 
1 min，制成工作电极。 式中：m + 、m – 分别为正、负电极的质量，g；C + 、C –
1.3.2 非对称超级电容器（ASC）的组装 分别为正、负电极的比电容，F/g；V +、V – 分别为正、
称取 0.5 mg 乙炔黑，并将 AC、聚四氟乙烯乳 负电极的电压窗口，V。
液、乙炔黑按质量比 8∶1∶1 分散于 2 mL 乙醇中，
在玛瑙研钵中研磨至黏稠状，涂覆于泡沫镍表面（约 2 结果与讨论
为 1 cm×1 cm），经 60 ℃干燥 12 h 后，在 10 MPa
2.1 材料的形貌与结构分析
下压制 1 min，得到 AC 电极。PVA/KOH 凝胶电解
图 1 为 CC@NiCo 2 S 4 掺杂 Al 前后的 SEM 图。
质制备过程如下：将 6 g PVA 分散于 40 mL 去离子
由图 1a、b 可以看出，CC@NiCo 2 S 4 呈现表面光滑
水中，在 80 ℃下磁力搅拌至完全溶解后，将温度降
的纳米棒结构，均匀有序地生长在 CC 表面。而
至 50 ℃，逐滴滴入 20 mL 5.347 mol/L KOH 溶液，
CC@Al-NiCo 2 S 4 的表面变得粗糙不平滑，整体形貌
继续搅拌直至透明，制得 PVA/KOH 凝胶电解质。
表现为锥形纳米管状（图 1c、d）。
将 CC@Al-NiCo 2 S 4 电极（正极）、AC 电极（负极）
浸入 PVA/KOH 凝胶电解质中，5 min 后取出，以纤
维素纸为隔膜，组装成夹层结构，最后用 Al 塑膜封
装，即得 ASC。
1.4 表征与性能测试
在 20 kV 加速电压下用 SEM 观察材料的形貌。
材料的 XRD 物相分析使用铜靶作为目标，管电压为
40 kV，管电流为 40 mA，连续扫描范围为 2θ=10°~
70°，扫描步长为 0.02°，步进时间为 0.12 s。利用
XPS 分析材料的元素组成和价态，以 Al K α 射线
（hv=1486.6 eV）作为放射源，工作电压 15 kV，电
流 15 mA，以 C 1s 在 284.8 eV 处结合能为能量标准
进行荷电校正。
在 6 mol/L KOH 电解质中，将 CC@Al-NiCo 2 S 4
作为工作电极、铂片为对电极、Hg/HgO 为参比电

极，利用电化学工作站测试循环伏安（CV）、恒电
图 1 CC@NiCo 2 S 4 （a、b）和 CC@Al-NiCo 2 S 4 （c、d）
流充放电（GCD）和交流阻抗（EIS）。其中，CV
的 SEM 图
测试电压窗口为–0.2~0.5 V，GCD 测试电压窗口为 Fig. 1 SEM images of CC@NiCo 2 S 4 (a, b) and CC@Al-
–2
5
0~0.38 V，EIS 测试频率范围为 1.0×10 ~1.0×10 Hz， NiCo 2 S 4 (c, d)