DOI: 10.1016/j.jcis.2022.07.154

镍钴层状双氢氧化物（NiCo-LDH）具有较大的比表面积和层间距、多种氧化还原状态和较高的离子交换能力，但导电性差、团聚严重和结构缺陷限制了具有储能能力的NiCo-LDH作为电池-超级电容器混合器件（BSH）的活性物质。本研究首次利用静电纺丝法和水热工艺由沸石咪唑酯骨架67（ZIF-67）设计出硫掺杂NiCo-LDH和聚吡咯纳米管复合材料（NiCo-LDH-S/PNTs），作为BSH的高效活性材料。还探究了硫掺杂量的影响。用高纵横比的NiCo-LDH-S片修饰的一维中空聚吡咯提供了直接的电荷转移路径和与电解质的丰富接触。硫掺杂量为7%的NiCo-LDH-S/PNTs在10mV/s时的比电容（CF）最高，为1936.3F/g（比容量为322.8mAh/g）。由石墨烯LDH负极和NiCo-LDH-S/PNTs正极组成的BSH在650W/kg时显示出16.28Wh/kg的最大能量密度。在8000次充电/放电循环后，CF保持率为74%，库仑效率为90%。

图1.（a）PAN、（b）PAN/PPy和（c,d）PNTs的SEM图像；（e）PNTs的XRD图；（f）ZIF-67/PNTs的SEM图像和（g）XRD图谱；（h）NiCo-LDH/PNTs的SEM图像、（i）TEM图像和（j）XRD图谱；S掺杂量为（k）3%、（l）5%和（m）7%的NiCo-LDH-S/PNTs电极的SEM图像；（n）S掺杂量为7%的NiCo-LDH-S/PNTs电极的TEM图像；S掺杂量为（o）10%和（p）15%的NiCo-LDH-S/PNTs电极的SEM图像；（q）NiCo-LDH-S/PNTs的XRD图谱。

图2.（a）S掺杂量为7%的NiCo-LDH-S/PNTs电极的TEM图像，（b）Co、（c）Ni和（d）S的TEM元素映射；（e）EDX光谱。

图3.（a）NiCo-LDH/PNTs和（b）NiCo-LDH-S/PNTs的XPS图谱；NiCo-LDH/PNTs和NiCo-LDH-S/PNTs的（c）Co2p、（d）Ni2p、（e）N1s和（f）O1s光谱；（g）NiCo-LDH-S/PNTs的S2p光谱。

图4.（a）ZIF-67、ZIF-67/PNTs和NiCo-LDH/PNTs电极的CV曲线；（b）NiCo-LDH/PNTs电极和NiCo-LDH-S/PNTs电极的CV曲线、（c）GC/D曲线以及（d）奈奎斯特图和等效电路；（e）NiCo-LDH-S/PNTs/NF的形态特征说明。

图5.（a）NiCo-LDH/PNTs和（b）NiCo-LDH-S/PNTs电极在不同扫描速率下的CV曲线；（c）NiCo-LDH/PNTs和NiCo-LDH-S/PNTs电极的电容保持率与扫描速率的关系；（d）NiCo-LDH/PNTs和（e）NiCo-LDH-S/PNTs电极在不同电流密度下的GC/D曲线；（f）NiCo-LDH/PNTs和NiCo-LDH-S/PNTs电极的电容保持率与电流密度的关系。

图6.（a）不同电位窗口下的CV曲线，（b）不同扫描速率下的CV曲线，（c）不同电位窗口下的GC/D曲线，（d）不同电流密度下的GC/D曲线，（e）含NiCo-LDH-S/PNTs正极和GF-LDH负极的BSH的Ragone图以及（f）CF保持率和库仑效率与循环次数的关系。