為了確認 NC/Ni-Ni3S4/CNTs 電極在全功能設備中的適當操作，在 1 M KOH
中製造了水性不對稱超級電容器(ASC)。如 Fig.17 所示，NC/Ni-Ni3S4/CNTs 和
CNT 分別用作正電極和負電極，而纖維素紙用作隔板。
Fig.17 NC / Ni-Ni3S4 / CNTs // CNTs ASC 組裝示意圖。
在 100 m/V 下測試的 CNTs 電極和 NC/Ni-Ni3S4 /CNTs 電極的 CV 曲線表
明，該器件的電壓範圍可以擴展到1.5 V(Fig.18)。為了確定
NC/Ni-Ni3S4/CNTs//CNTs 器件的電勢範圍，執行了從 1.0 到 1.8 V 的不同電勢範圍的 CV 曲線，如 Fig.18 所示。當電勢為 0 至 1.5 V 時，CV 曲線保持穩定，無明顯
極化。因此，選擇1.5 V 作為最佳電壓範圍。因此，評估了該設備在 1.5 V 下的
詳細電容性能。 NC/Ni-Ni3S4/CNTs//CNTs 設備在不同掃描速率之下 CV 曲線如
Fig.20 所示。顯然，即使在 100 mV/s 的條件下，器件的典型偽電容特性也可以
在1.5 V 下很好地保持。
Fig.18 CNT 和 NC/Ni-Ni3S4/CNTs 的 CV 曲線分布
Fig.19 在 100 mV / s 下 NC/Ni3S4/CNT // CNTs ASC 設備測試不同的電位範圍
的CV 曲線變化
Fig.20 NC/ Ni3S4/CNT // CNTs ASC 設備的 CV 具有不同的掃描速率。
Fig.21 顯示了具有不同電流密度的 GCD 曲線。根據設備上的活性材料，根
據放電曲線，NC / Ni-Ni3S4/ CNTs // CNTs 設備的比電容在 1 A / g 時為 127.5 F /
g。此外，Fig.22 還顯示了長期循環穩定性。
Fig.21 NC / Ni-Ni3S4 / CNTs // CNTs ASC 設備在各種電流密度下的 GCD 曲線
Fig.22 NC-Ni3S4-CNT // CNT 在 5 A / g 下測得的循環穩定性
(插圖：ASC 設備的前五個週期和最後五個週期的 GCD 曲線)
在 15000 次循環之後，NC / Ni-Ni3S4 / CNTs // CNTs 仍保持了初始電容的
82.8％，顯示出器件優異的循環穩定性，比大多數報導的硫化鎳更穩定。同
時，這些器件電荷轉移電阻和體串聯電阻較小(Fig.23)。
Fig.23 循環前後 NC-Ni3S4-CNT // CNTs ACS 設備的奈奎斯特圖。
Fig.24 顯示了基於 NC / Ni-Ni3S4 / CNTs // CNTs 的設備的拉格內圖。 製備
的NC / Ni-Ni3S4 / CNTs // CNTs 器件在 749.8 W / kg 的功率密度下實現了 39.8
Wh / kg 的高能量密度，與許多報導的 NiO // AC ASC 等設備相比，它更具優勢
( 在 375.8 W / kg 時能量密度為 21.4 Wh / kg)。使用 MOF 衍生的複合材料組
裝的ASC 可實現更高的功率密度和能量密度，這表明了實際儲能應用的巨大潛
力。
Fig.24 各個超級電容器的拉格內圖
(插圖：由三個混合超級電容器點亮的發光二極管的照片)
研究成果之貢獻或應用
此次針對超級電容電極材料研究結果，獲得相較於常見超級電容材料的比電
容以及循環性能是相對高的，對於未來研究超級電容電極材料有了更多材料選
擇的貢獻。且此次研究使用不對稱超級電容器的電解液是使用水溶性的KOH，
相較於有機溶劑型電池是相對環保、安全的，也能成為未來再選擇超級電容器
電解液的參考。
對該主題的評估與後續發展
在以上研究之後，比較與其他在鋰硫電池複合塗層材料性能的差異，由表
Table.1 所示。NC / Ni-Ni3S4 / CNTs 的比電容比先前 MOF 衍生的 NiO 複合材料
比電容高得多，進一步表明金屬硫化物的反應性高於金屬氧化物的反應性。另
外與其他鎳或鈷的硫化物相比，設計良好的NC / Ni-Ni3S4 / CNTs 具有均勻分布
在3D 導電網路中的 Ni3S4也顯示出更高的比電容，這表示活性材料與與金屬之
間的均勻複合塗層導電網路是改善材料性能所必需的。
雖然在此次研究中 NC / Ni-Ni3S4 / CNTs 以達到相當高的比電容及循環性
能，但如何再提升其能量以及功率密度將會是未來的研究發展方向。或者是在
不對稱超級電容器中研究正負極材料的選用，使其能達到較大的操作電壓範
圍、進而使能量密度獲得提升。
Table.1 比較其他材料在鋰硫電池複合塗層材料性能的差異
總結
簡而言之，NC / Ni-Ni3S4 / CNT 是通過 MOF / CNT 的碳化和硫化製備的，
其中Ni3S4均勻分佈在3D 導電網絡中。由碳奈米管構成的富氮摻雜和 3D 導電
網絡可提高電導率，促進電解液的快速進入並改善NC / Ni- Ni3S4 / CNT 的反應
動力學，從而使電極材料顯示出在1 A /g 約 1489 F /g 的比電容。
此外，不對稱超級電容器在 749.8 W/kg 的功率密度下有 39.8 Wh/kg 的
高能量密度，顯示出良好的循環穩定性。基於MOFs 設計的複合電極材料將為
成功設計高反應性超級電容器材料提供成功的範例。為了進一步提高不對稱超
級電容器的功率密度和能量密度，在基於多孔骨架模板的過渡金屬硫化物正極
和多孔碳負極需要進一步探索。
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