DOI: 10.1016/j.jcis.2022.08.066

虽然镍钴双金属硫化物已广泛应用于超级电容器电极，但如何获得高比容量和循环稳定性仍然是一个重大挑战。在此，研究者采用一种高效的化学氧化还原方法通过B掺杂调整钴镍硫化物（NCS）的晶体和电子结构，结合静电纺丝技术和导电聚合物聚吡咯（PPy）涂层，促进法拉第氧化还原反应并获得高能量密度电极材料。所得的聚吡咯涂覆硼掺杂镍钴硫化物负载静电纺丝碳纳米纤维（PPy@B-NCS/CNF）复合材料具有高比容量（在1A/g下为751.61C/g）和良好的循环稳定性（在5A/g下循环4000次后保留率为82.49%）。以PPy@B-NCS/CNF为正极，活性炭为负极，制备了一种非对称超级电容器（ASC）。该电容器具有优异的电化学性能，功率密度为65.58Wh/kg，能量密度为819.72W/kg。低温性能测试显示出较高的可逆性，这为开发低温电解质创造了可能。最后，借助密度泛函理论（DFT）从能带和态密度两方面解释了B掺杂NCS具有较好电化学性能的原因。

图1.（a）NCS/CNF、NCB-pre/CNF、B-NCS/CNF和PPy@B-NCS/CNF的XRD图谱。（b）CNF、B-NCS/CNF和PPy@B-NCS/CNF的FTIR光谱。（c）CNF和PPy的大分子结构。（d）CNF、NCS/CNF、NCB-pre/CNF、B-NCS/CNF和PPy@B-NCS/CNF的拉曼光谱。（e）CNF、PPy@B-NCS和PPy@B-NCS/CNF的N2吸附-解吸等温线和（f）孔径分布曲线。

图2.（a-e）CNF、NCS/CNF、NCB-pre/CNF、B-NCS/CNF和PPy@B-NCS/CNF的SEM图像。（f）PPy@B-NCS/CNF的EDS光谱和（g）EDS元素映射。

图3.（a-d）PPy@B-NCS/CNF的TEM图像，（e,f）高分辨率TEM图像，（g）SAED图谱，和（h）EDX图。

图4.NCB-pre/CNF和B-NCS/CNF的（a）Ni2p、（b）Co2p和（c）B1s XPS光谱比较。PPy@B-NCS/CNF中（d）S2p、（e）C1s和（f）N1s的XPS光谱。

图5.NCS/CNF、NCB-pre/CNF、B-NCS/CNF和PPy@B-NCS/CNF的（a）GCD曲线、（b）CV曲线和（c）EIS光谱。（d）PPy@B-NCS/CNF的GCD曲线和（e）CV曲线。（f）NCS/CNF、NCB-pre/CNF、B-NCS/CNF和PPy@B-NCS/CNF的比容量和（g）长循环性能（5A/g）。（h）PPy@B-NCS/CNF最后5个循环的库仑效率和GCD曲线。

图6.（a）PPy@B-NCS/CNF//AC ASC装置示意图。（b）三电极系统中AC和PPy@B-NCS/CNF电极在0.002V/s时的CV曲线。（c）PPy@B-NCS/CNF//AC ASC在0.01V/s时于不同电位窗口下的CV曲线。（d）PPy@B-NCS/CNF//AC ASC在不同扫描速率下的CV曲线。（e）PPy@B-NCS/CNF//AC ASC在不同电流密度下的GCD曲线。（f）ASC的Ragone图与先前报告的比较。（g）两个串联的ASCs点亮一个LED灯泡。（h）PPy@B-NCS/CNF//AC ASC在5A/g下进行8000次循环的循环性能以及最后5个循环的GCD曲线。

图7.（a）ASC在1A/g下于20℃、0℃以及回到20℃时的GCD曲线。（b）ASC在0.01V/s下于20℃、0℃以及回到20℃时的CV曲线。（c）ASC在20℃、0℃以及回到20℃时的比电容。（d）根据1A/g以及不同温度下的GCD曲线获取ASC的电容保持率。（e）0℃时ASC在不同扫描速率下的CV曲线。（f）0℃时ASC在不同电流密度下的GCD曲线。（g）ASC在20℃、0℃以及回到20℃时的EIS曲线。

图8.（a）NiCo2S4和B-NiCo2S4的晶体结构。计算的（c）NiCo2S4和（d）B-NiCo2S4的能带结构。（e）NiCo2S4和B-NiCo2S4的总态密度（TDOS）。NiCo2S4和B-NiCo2S4中（f）Ni和（g）Co的态密度。（h）B-NiCo2S4中Ni、Co和B元素的态密度。