Page 123 - 《精细化工》2022年第5期

第 5 期 周 佳，等: Al 掺杂 NiCo 2 S 4 电极材料的制备及其电化学性能 ·977·

表 1 不同 NiCo 2 S 4 基材料的电化学性能 高电子电导率 [19] 。
Table 1 Electrochemical properties of different NiCo 2 S 4 - 为进一步探究 CC@Al-NiCo 2 S 4 电极的电化学
based materials
性能，将其组装成 CC@Al-NiCo 2 S 4 //AC ASC 并考察
比电容/ 电容保 参考
电极材料 循环次数/次 性能。图 6a 为 CC@Al-NiCo 2 S 4 电极（–0.2~0.5 V）
(F/g) 持率/% 文献
NiCo 2S 4 空心笼 1382.0 10000 (12 A/g) 70.0 [29] 和 AC 电极（–1.0~0 V）在 5 mV/s 扫描速度下的 CV
NiCo 2S 4@GA 704.3 1500 (2 A/g) 80.3 [11] 曲线，由此将 CC@Al-NiCo 2 S 4 //AC ASC 的测试电压
1016.0 10000 (10 A/g) 87.0 [30] 窗口设定为 0~1.5 V（图 6b）。图 6c 为 CC@Al-
洋葱状 NiCo 2S 4
NiCo 2S 4 中空球 1036.0 2000 (5 A/g) 87.0 [31] NiCo 2 S 4 //AC ASC 在一系列扫描速率下的 CV 曲线
CC@Al-NiCo 2S 4 1515.8 10000 (6 A/g) 87.8 本文
图。随着扫描速度从 5 mV/s 增加到 50 mV/s，CV
注：GA 为石墨烯气凝胶。
曲线的形状基本保持一致，表明 CC@Al-NiCo 2 S 4 //
图 5f 为 CC@Al-NiCo 2S 4 电极在 6 A/g 的电流密 AC ASC 具有高电子传输速率和稳定的电流响应性。
度下经过 10000 次充放电测试后的电容保持率。由 通过恒电流充放电测试进一步评估器件的电化学性
5f 可知，10000 次充放电后电容保持率高达 87.8%， 能，经式（2）计算可知，在电流密度为 1、2、4、
充分证明 CC@Al-NiCo 2 S 4 特定的中空纳米管结构 6、8、10、20 A/g 时，CC@Al-NiCo 2 S 4 //AC ASC 的
可以为电化学反应提供丰富的孔道和氧化还原活性 比电容分别为 78.3、67.7、58.9、53.6、50.1、47.3、
位点，缓解电极材料在充放电过程中出现的体积膨 36.0 F/g，GCD 曲线呈现出对称三角形状，表明 ASC
胀和收缩，具有优异的循环稳定性能。 器件具有优异的电容特性（图 6d）。CC@Al-NiCo 2 S 4 //
综上所述，在 CC@NiCo 2 S 4 中引入 Al 元素极大 AC ASC 的 Ragone 图如图 6e 所示。随着电流密度的
地改善了 CC@NiCo 2 S 4 的电化学性能。这主要归因 逐渐增大，ASC 的功率密度也在不断提高，在 750
于以下几点：（1）在 NiCo 2 S 4 的生成过程中，Al 3+ W/kg 的功率密度下具备 24.46 W·h/kg 的能量密度。
2+
2+
2+
取代部分 Ni ，显著提高了 Ni 和 Co 的电化学动 与其他材料相比 [11,19,32-33] ，CC@Al-NiCo 2 S 4 //AC ASC
力学和反应可逆性 [25] ；（2）Al 的成功引入可以增大 具有较高的功率密度和能量密度，电化学性能优异。
如图 6f 所示，在经过 10000 次 GCD 循环测试后，
CC@NiCo 2S 4 的电化学活性表面积，优化 CC@NiCo 2S 4
[17] CC@Al-NiCo 2 S 4 //AC ASC 的电容保持率高达 98.1%，
的氢吸附自由能 ；（3）Al 掺杂可以调节 CC@NiCo 2 S 4
的电子结构，以调整 CC@NiCo 2 S 4 的能带结构，提 表明超级电容器器件具有良好的循环稳定性。

注：HNCS 为空心掺氮碳壳。
图 6 AC 和 CC@Al-NiCo 2 S 4 在 5 mV/s 时的 CV 曲线（a）；CC@Al-NiCo 2 S 4 //AC ASC 在 30 mV/s 的扫描速度时在不同
电压窗口下的 CV 曲线（b），在不同扫描速度下的 CV 曲线（c），不同电流密度下的 GCD 曲线（d），Ragone 图
（e）及 6 A/g 电流密度下的循环稳定性（f）
Fig. 6 CV curves of CC@Al-NiCo 2 S 4 and AC electrodes at a scan rate of 5 mV/s (a); CV curves measured at 30 mV/s in
different potential windows (b), CV curves at different scan rates (c), GCD curves at different current densities (d),
Ragone plots (e) and cycling stability at 6 A/g (f) of CC@Al-NiCo 2 S 4 //AC ASC