摘   要:超级电容器，是一种性能介于电池与传统电容器之间的新型储能装置。电极材料是影响超级电容器性能的关键因素之一，而过渡金属化合物硫化钴因有着理论高比电容而在储能方面备受关注。本文采用简单的一步水热法，以醋酸钴和硫脲为原料，以乙二胺为分散剂，成功地制备了硫化钴。

采用 X 射线衍射、场发射扫描电镜和氮气吸附脱附测试等一系列物相表征技术对硫化钴的结构和形貌进行了分析，通过循环伏安法、恒流充放电、交流阻抗等电化学测试手段研究了硫化钴电极材料的电化学性能。

结果表明，所制得的硫化钴材料，具有六方晶型的晶体结构；在电流密度为 0.5 A·g-1 下，硫化钴电极材料比容量高达 357.4 F·g-1，且循环 2,000 圈后仍保持 87.2 % 的比电容，为 299.1 F·g-1。经电解液活化后的硫化钴电极材料较未活化的电极材料，有着更小的溶液电阻和界面电荷转移电阻，同时有着更快的电极与电解液离子间的扩散速率。

关键词：超级电容器；电极材料；过渡金属硫化物；硫化钴

Abstract:Supercapacitor is a new energy storage device that performance between the battery and the traditional capacitor. Electrode materials are one of the key factors affecting the performance of supercapacitors, while transition metal compounds cobalt sulfide have attracted great attentions in energy storage due to the theoretical high specific capacitance. In this essay, cobalt sulfide was successfully prepared via a simple one-step hydrothermal method using cobalt acetate and thiourea as raw materials and ethylenediamine as dispersant.

The structure and morphology of cobalt sulfide were analyzed by X-ray diffraction, field emission scanning electron microscopy and nitrogen adsorption desorption test. The electrochemical properties of cobalt sulfide electrode materials were studied by cyclic voltammetry, galvanostatic charge/discharge, electrochemical impedance spectroscopy.

The results show that the prepared cobalt sulfide has a hexagonal crystal structure. At a current density of 0.5 A·g-1, the specific capacitance of the cobalt sulfide electrode material is as high as 357.4 F·g-1, and still maintains the specific capacitance of 87.2 %, 299.1 F·g-1. The activated cobalt oxide electrode material has a smaller solution resistance and a smaller interfacial charge transfer resistance than the unactivated electrode material, and the diffusion rate between the electrode and the electrolyte ion is also faster.

Keywords: Supercapacitors; Electrode materials; Transition metal sulfides; Cobalt sulfide

目   录

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 超级电容器的简介 1

1.3 超级电容器的特点 1

1.4 超级电容器的分类及原理 2

1.4.1 电化学双层电容器（EDLC） 2

1.4.2 赝电容电容器 2

1.4.3 混合超级电容器 3

1.5 超级电容器电极材料 3

1.6 硫化钴的研究进展 5

1.7 本课题研究的目的、意义和内容 6

1.7.1 本课题研究的目的、意义 6

1.7.2 本课题研究的内容 7

第二章 实验方法及原理 8

2.1 实验原料与仪器设备 8

2.1.1 实验原料 8

2.1.2 仪器设备 8

2.2 CoS 合成及电极材料的制备 9

2.2.1 CoS 合成 9

2.2.2 电极材料的制备 9

2.3 材料表征 9

2.3.1 X射线衍射（XRD） 9

2.3.2 扫描电子显微镜（SEM） 10

2.3.3 氮气吸附脱附实验 10

2.4 电化学性能测试 11

2.4.1 测试体系 11

2.4.2 循环伏安法测试（CV） 11

2.4.3 恒流充放电测试（GCD） 12

2.4.4 交流阻抗测试（EIS） 12

2.4.5 循环充放电寿命测试 12

第三章 结果与讨论 13

3.1 CoS 的 X 射线衍射分析（XRD） 13

3.2 CoS 的扫描电子显微镜测试分析（SEM） 13

3.3 CoS 的吸附脱附测试分析 14