ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ И УЛУЧШЕННЫЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОДОВ NI₃S₂/NI ПЕНЫ ДЛЯ ГИБРИДНЫХ СУПЕРКОНДЕНСАТОРОВ

Процесс сульфидирования поверхности никелевой пены для получения слоёв Ni3S2 с высокой электрохимической емкостью и стабильностью при электрохимическом циклировании, был подробно изучен. Однако роль слоев гидроксида никеля, которые, как предполагается, образуются в условиях электрохимической работы электрода Ni3S2/NF (никелевая пена), до сих пор не была достаточно изучена. В настоящей работе показано, что гидроксидная фаза вносит значительный вклад как в электрохимическую емкость, так и в циклическую стабильность. Электрод Ni3S2/NF был изготовлен с помощью одноэтапного гидротермального метода в присутствии тиомочевины при температуре 160 °C. Первоначальная структура Ni3S2 на поверхности NF впоследствии была модифицирована в результате электрохимических циклов в электролите KOH. Увеличение электрохимической емкости электрода сопровождалось образованием нескольких фаз гидроксида никеля, что было подтверждено с помощью рентгеновской дифракции (XRD) и рамановской спектроскопии. Электрод продемонстрировал высокую стабильность характеристик в течение 20 000 циклов гальваностатического заряда-разряда (GCD) при плотности тока 20 А·г⁻¹, сохранив 90% своей максимальной емкости. Удельная ёмкость электрода Ni3S2 составила 758 Ф·г⁻¹ при плотности тока 2,7 А·г⁻¹. При увеличении плотности тока до 90 А·г⁻¹ удельная емкость снизилась до 233 Ф·г⁻¹, что составляет 30% от значения при плотности тока 2,7 А·г⁻¹

1. Lakshmi, K.C.S., Vedhanarayanan, B. High–Performance Supercapacitors: A Comprehensive Review on Paradigm Shift of Conventional Energy Storage Devices. Batteries, 9(4), 202 (2023). https://doi.org/10.3390/batteries9040202.

2. Nargish Parvin, Dhananjaya Merum, Misook Kang, Sang Woo Joo, Jae Hak Jung and Tapas Kumar Mandal. Recent advances in hybrid supercapacitors: a review of high performance materials and scalable fabrication techniques. Journal of Materials Chemistry A, 13(30), 24320–24386 (2025). https://doi.org/10.1039/D5TA02887F.

3. Neeraj Singh, Virendra Singh, Neeraj Bisht, Puneet Negi, Archana Dhyani, Rajat Kumar Sharma, Tewari B.S. A comprehensive review on supercapacitors: Basics to recent advancements. Journal of Energy Storage. 121, 116498 (2025). https://doi.org/10.1016/j.est.2025.116498.

4. Reenu, Sonia, Lakshita Phor, Ashok Kumar, Surjeet Chahal, Electrode materials for supercapacitors: A comprehensive review of advancements and performance. Journal of Energy Storage. 84, Part B, 110698 (2024). https://doi.org/10.1016/j.est.2024.110698.

5. Mojtaba Mirzaeian, Qaisar Abbas, Abraham Ogwu, Peter Hall, Mark Goldin, Marjan Mirzaeian, Hassan Fathinejad Jirandehi. Electrode and electrolyte materials for electrochemical capacitors. International Journal of Hydrogen Energy. 42, 25565–25587 (2017). https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2017.04.241.

6. Muhammad Faisal Iqbal, Farooq Nasir, Fiza Shabbir, Zaheer Ud Din Babar, Muhammad Farooq Saleem, Kaleem Ullah, Nana Sun, Faizan Ali. Supercapacitors: An Emerging Energy Storage System. Advanced Energy and Sustainability Research. 6, 2400412 (2025). https://doi.org/10.1002/aesr.202400412.

7. Ander González, Eider Goikolea, Jon Andoni Barrena, Roman Mysyk. Review on supercapacitors: Technologies and materials. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 58, 1189–1206 (2016). https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.12.249.

8. Mengkang Zhu, Dan Wang, Zongyu Ge, Lin Pan, Yanli Chen, Wenchang Wang, Naotoshi Mitsuzaki, Shuyong Jiad Zhidong Chen. Recent advances in transition metal sulfide–based electrode materials for supercapacitors. Chemical Communications. 61, 8314–8326 (2025). https://doi.org/10.1039/D5CC01411E.

9. Dhakal, G., Sahoo, S., Sharma, K.P., Zhao, G.–L. A Review on the Recent Advancements of Ni– Based Sulfides and Mixed Sulfides for Supercapacitors and Electrocatalysis (Oxygen Evolution Reaction). Molecules. 30, 2877 (2025). https://doi.org/10.3390/molecules30132877.

10. Yan–Qiang Cao, Xu Qian, Wei Zhang, Min Li, Shan–Shan Wang, Di Wu, Ai–Dong Li. Self–formed porous Ni(OH)2 on Ni3S2/Ni foam during electrochemical cycling for high performance supercapacitor with ultrahigh areal capacitance. Electrochimica Acta. 303, 148–156 (2019). https://doi.org/10.1016/j.electacta.2019.02.075.

11. Abdullin K.A., Gabdullin M.T., Gritsenko L.V., Kalkozova Zh.K., Kanatov Zh.S., Markhabayeva A.A., Nemkayeva R.R., Zhapargali D., Mirzaeian M. In situ formation of nanocrystalline Ni(OH)2 in alkaline electrolyte explains superior capacitance and cycling stability of Ni3S2/NF electrodes. Scientific Reports (2026). https://doi.org/10.1038/s41598–026–42576–y

12. Xuerui Yi, Caroline Kirk, and Neil Robertson. Achieving Complete Conversion from Nickel Foam to Nickel Sulfide Foam for a Freestanding Hybrid–Supercapacitor Electrode. ChemElectroChem. 11, e202400383, (2024). https://doi.org/10.1002/celc.202400383 .

13. Jeng–Han Wang, Zhe Cheng, Jean–Luc Brédas, Meilin Liu. Electronic and vibrational properties of nickel sulfides from first principles. Journal of Chemical Physics. 127, 214705 (2007). https://doi.org/10.1063/1.2801985.

14. Julia Gallenberger, Harol Moreno Fernández, Achim Alkemper, Mohan Li, Chuanmu Tian, Bernhard Kaisera, Jan Philipp Hofmann. Stability and decomposition pathways of the NiOOH OER active phase of NiOx electrocatalysts at open circuit potential traced by ex situ and in situ spectroscopies. Catalysis Science & Technology. 13, 4693–4700 (2023). https://doi.org/10.1039/d3cy00674c.

15. Robert Kostecki, Frank McLarnon. Electrochemical and In Situ Raman Spectroscopic Characterization of Nickel Hydroxide Electrodes: I. Pure Nickel Hydroxide. Journal of the Electrochemical Society. 144, 485 (1997). https://doi.org/10.1149/1.1837437.

16. Hall D.S., Lockwood D.J., Bock C., MacDougall B.R. Nickel hydroxides and related materials: a review of their structures, synthesis and properties. Proceedings of the Royal Society A. 471, 20140792 (2015). http://dx.doi.org/10.1098/rspa.2014.0792.

17. Minjeong Lee, Yeongeun Jang, Gayoung Yoon, Seonghwa Lee, Gyeong Hee Ryu. Synthesis and electrochemical evaluation of nickel hydroxide nanosheets with phase transition to nickel oxide. RSC Advances. 14, 10172 (2024). https://doi.org/10.1039/d4ra01120a.