ChemElectroChem:在超薄缺陷VS2纳米片上原位生长NiS颗粒团簇用于高性能超级电容器

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华东理工大学陈新课题组报道了一种具有超薄缺陷纳米片包覆颗粒团簇结构的VS2/NiS复合材料,不仅其本身电化学性能优异,而且将其与活性炭组装成超级电容器时,展现出了高能量密度的特点,在储能器件超级电容器中具有重要的研究和应用价值。


过渡金属硫化物因其具有优异的电化学性能而得到研究人员的广泛关注,然而单一的过渡金属硫化物难以满足高性能超级电容器的要求。在前期复合超级电容器材料研究的基础上,基于协同效应的设计理念,华东理工大学陈新课题组通过两步法合成了纳米VS2/NiS复合材料。先是通过胶体化学法合成超薄且带有缺陷的VS2纳米片,之后将少量VS2纳米片在DMF溶液中充分分散,利用简单的水热法在超薄且带有缺陷的纳米片间原位合成NiS纳米颗粒,并且研究了不同复合比例对材料的形貌以及性能的影响,当复合比例为1:7时得到了最优的电化学性能。在该比例下得到的复合材料的组分虽然仅相当于在NiS中引入12.5%的VS2,但比电容却比单纯的NiS增加100%以上,这一方面是由于VS2的良好导电性有利于电荷传递,另一方面是NiS颗粒嵌在VS2片层之间有利于离子和电荷交换,提高VS2表面利用率,同时VS2/NiS界面可以比单相材料具有更好的电化学活性。

图1.(a)不同复合比例样品的XRD图谱;(b)VS2/NiS-1:7的FESEM图;(c)VS2/NiS-1:7的TEM图

采用三电极测试系统对VS2/NiS-1:7进行电化学性能测试,观察到明显的赝电容行为,根据充放电曲线进行比电容的计算,在1A/g的电流密度下展现出2416.5 F/g的高比电容,当电流密度增大到20 A/g时仍具有930.2 F/g的比电容,与活性炭组装成非对称超级电容器器件时,在874.9 W/kg的功率密度下具有高达69.58 Wh/kg的能量密度,展现出优异的储能特性。本项工作为高性能过渡金属硫化物复合材料的设计制备提供了新的思路。

图2.(a)VS2/NiS-1:7的CV曲线;(b)VS2/NiS-1:7的GCD曲线;(c)VS2/NiS-1:7//AC ASC器件的能量密度-功率密度曲线图;(d)VS2/NiS-1:7//AC ASC器件点亮LED灯

文信息

Synthesis of VS2/NiS nanocomposites by in situ growing NiS clusters on VS2 ultrathin nanoplates for high performance supercapacitors

Qi Zhang, Prof. Xin Chen, Siyu Cheng, Runfa Li, Yi E, Meng Jiang

文章第一作者为张齐


ChemElectroChem

DOI: 10.1002/celc.202200073


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