[发明专利]一种氨气等离子体增强硫化钴镍超级电容器性能的方法

说明书

本发明公开了一种氨气等离子体增强硫化钴镍超级电容器性能的方法，即采用等离子体化学气相沉积（PECVD）系统，以氨气为等离子体气源，在一定条件下对硫化钴镍进行处理。在1 M KOH电解液中对样品进行电化学性能评价，发现PECVD处理后，硫化钴镍的最大容量可达到3.32 F/cm²，约为PECVD处理前样品的3倍，循环稳定性提升了14.2%，说明PECVD方法能明显提高硫化钴镍的超级电容器性能。

技术领域

本发明超级电容器领域，具体涉及一种氨气等离子体增强硫化钴镍超级电容器电性能的方法。

背景技术

超级电容器，是对传统电容器的升级，其能量密度大于传统电容器，功率密度大于电池、且循环寿命长、安全环保、适用温度范围广等，是一种非常具有应用前景的新型储能器件。

超级电容器的主要缺点在于其能量密度比锂离子电池低，这一点阻碍了其大规模商业应用。传统的商用超级电容器一般使用碳材料做电极材料，这类电极材料通过和电解液之间形成双电荷层储存电荷，属于物理过程，比电容较低。赝电容型电极材料通过活性材料与电解液之间高度可逆的氧化还原反应储存电荷，在相同有效面积条件下，赝电容是双电层电容量的10-100倍左右，因而具有更大的能量密度。

硫化钴镍因理论容量高、氧化还原电对多样、易于制备、成本低廉等诸多优点，是极具应用前景的赝电容电极材料。然而，导电性较低，电子、离子传输受阻，不仅导致电化学反应活性低而降低其实际容量，还会影响其倍率性能和循环稳定性。与高导电碳材料复合，构筑外部导电通道，是目前优化材料导电性的主要措施。与三维导电碳网络复合时，为保证活性材料与碳材料充分接触，活性材料的负载量通常较低，不利于器件的能量密度；而在活性材料外表面包覆碳层时，循环过程中的体积效应容易破坏碳包覆层，使活性材料与碳材料之间丧失电接触，影响其循环稳定性；与此同时，碳材料的引入还会降低活性材料的有效质量，从而降低器件的能量密度。

发明内容

本发明的目的是针对以上问题，从硫化钴镍的内部电子结构出发，通过氨气等离子体处理，采用等离子体化学气相沉积方法对硫化钴镍进行处理，调控硫化钴镍表面结构，即制造表面S空位，同时引入氮元素掺杂，优化导电性和离子传输性能，从而提高其容量、倍率性能和循环稳定性，处理后电极的比电容是未处理的3倍左右，循环稳定性提升了至少14.2％。

本发明的技术方案包括以下步骤：

(1)泡沫镍基底的清洗：将泡沫镍依次用自来水、丙酮、稀盐酸、蒸馏水超声清洗干净并烘干；

(2)制备钴镍前驱体：将一定量的硝酸钴、硝酸镍和尿素溶于去离子水，搅拌至充分溶解后倒入反应釜内，放入泡沫镍，密封，水热反应一段时间后依次用去离子水和无水乙醇冲洗干净并自然凉干得到钴镍前驱体；

(3)制备硫化钴镍：将硫化钠溶液加入到钴镍前驱体，密封，水热反应一段时间后依次用去离子水和无水乙醇冲洗干净并自然凉干得到硫化钴镍；

(4)将制备得到的硫化钴镍等离子体化学气相沉积系统的腔体内，调节腔体内压强和温度，并施加氨气等离子体，经气相沉积即可制备得到硫化钴镍超级电容器。

所述的硝酸钴、硝酸镍、尿素的摩尔比范围为1:1-2:3.5-6，所述的尿素还可替换为氟化铵。

步骤(2)的水热反应温度为100-140℃，水热反应时间为5～10h。

所述的硫化钠溶液浓度为0.05～0.3mol/L，钴镍前驱体是一块薄膜样品，直接放入硫化钠溶液。

步骤(3)的水热反应温度为100-140℃，水热反应时间为5～10h。