超级电容器的应用潜力：

超级电容器因其快速充放电、高功率密度和长循环寿命，广泛应用于电动汽车、备用电源和可穿戴设备等领域，尤其是柔性超级电容器在满足性能与机械需求方面具有重要价值。

传统电极制备的局限性：

传统的浆料涂布方法存在孔隙度受限、金属支撑刚性大、粘合剂影响电能密度等问题，制约了电极材料的性能提升。

超快焦耳热技术的优势：

超快焦耳热冲击方法通过快速加热直接作用于材料，避免了溶剂和催化剂，能够高效合成具有优异性能的超级电容器电极材料。

超快焦耳热冲击技术制备Ni₃S₂-NiO@BP复合电极：

通过在真空环境中施加高电流，利用焦耳热技术在短时间内将样品加热至1300 K至1500 K，并迅速冷却，成功制备了Ni₃S₂-NiO@BP复合电极材料。

复合电极的结构表征：

采用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）和拉曼光谱等方法，详细表征了Ni₃S₂-NiO@BP复合材料的表面形貌、内部结构及晶相特征。

电化学性能测试与验证：

通过循环伏安法（CV）、恒电流充放电（GCD）及电化学阻抗谱（EIS）等测试，评估了Ni₃S₂-NiO@BP复合电极的电化学性能，证明了其在柔性超级电容器中的优异表现。

图1. Ni₃S₂-NiO@BP电极的合成与表征。图(a)展示了通过浸泡巴基纸（BP）在硫脲和醋酸镍溶液中，随后在真空环境下通过焦耳加热处理的合成过程。图(b)为焦耳加热合成过程中Ni₃S₂-NiO@BP的光学图像，显示了电极在加热过程中由室温加热到1400K的过程。图(c)展示了在快速加热过程中温度和电流的变化，表明样品在750ms内达到1400K。图(d)为原始BP的SEM图像，图(e)为Ni₃S₂-NiO@BP的SEM图像，显示了金属颗粒均匀分布在BP的表面。图(f)为Ni₃S₂-NiO@BP的TEM图像，图(g)为高分辨率TEM图像，显示了Ni₃S₂与NiO的异质结构界面。图(h)为Ni₃S₂-NiO@BP的EDS元素分布图，确认了Ni、O和S的存在。图(i)为XRD图谱，显示了Ni₃S₂和NiO的特征衍射峰。图(j)为XPS光谱，分析了Ni₃S₂-NiO@BP中Ni、S和O的化学状态，确认了Ni-S和Ni-O键的存在。

图2. Ni₃S₂-NiO@BP电极的电化学性能。图(a)显示了不同加热温度下的CV曲线，Joule加热样品表现出赝电容特性，Ni₃S₂-NiO@BP-1400电容最大。图(b)为GCD曲线，验证了电极的良好伪电容行为。图(c)展示了不同扫描速率下Ni₃S₂-NiO@BP-1400的CV曲线，低速时电荷存储主要由扩散控制。图(d)为GCD曲线，Ni₃S₂-NiO@BP-1400在高电流密度下仍保持高电容。图(e)为比电容数据，Ni₃S₂-NiO@BP-1400在1 A g⁻¹时表现最佳。图(f)显示了电容贡献，Ni₃S₂-NiO@BP-1400电容贡献显著。图(g)为扩散与电容控制容量贡献，电容贡献随着扫描速率增加。图(h)为Nyquist图，Ni₃S₂-NiO@BP-1400电荷转移电阻最低。图(i)展示了电极在7000次循环后的稳定性，保持80%的电容，表现出优良的循环稳定性。

图3. Ni₃S₂-NiO@BP电极的能量存储机制。图(a)为Ni₃S₂-NiO@BP在1 A g⁻¹电流密度下的充放电曲线，展示了电极的充放电过程。图(b)为XRD图谱，随着电压升高，Ni₃S₂的特征峰逐渐消失，NiOOH的特征峰逐步显现，表明Ni₃S₂转化为NiOOH。图(c)为拉曼光谱，Ni-O振动峰在0.5V时消失，证明NiO转化为NiOOH。图(d)为充放电过程中Ni₃S₂-NiO的结构演化示意图，展示了Ni₃S₂与NiO的互转过程。

图4. Ni₃S₂-NiO异质结构的DFT计算与分析。图(a)展示了OH−在NiO、Ni₃S₂和Ni₃S₂-NiO异质结构上的吸附模型，分别从顶部视图和侧面视图呈现。图(b)为OH−在不同样品上的吸附能，Ni₃S₂-NiO异质结构的吸附能最大，达到−2.16 eV，表明其具有最稳定的OH−吸附。图(c)为NiO、Ni₃S₂和Ni₃S₂-NiO的部分态密度（PDOS），Ni₃S₂-NiO的d带中心接近费米能级，促进了OH−的吸附过程。图(d)为OH−吸附在不同样品上的差分电荷密度，电子积累区域（黄色）和耗尽区域（青色）显示了Ni₃S₂-NiO界面的电子相互作用，有助于提高红氧反应动力学。

图5. Ni₃S₂-NiO@BP//AC超级电容器设备的应用。图(a)为Ni₃S₂-NiO@BP//AC HSC设备的示意图。图(b)比较了Ni₃S₂-NiO@BP与AC电极在三电极系统中的CV曲线，展示了两个电极的不同电压窗口。图(c)为在不同操作电压窗口下的HSC设备CV曲线，随着电压窗口扩大至1.6 V，电流峰值显著增大。图(d)展示了设备在不同扫描速率下的CV曲线，表明电容响应来自赝电容和电容行为的结合。图(e)为不同电流密度下的GCD曲线，表现出良好的库仑效率和电化学可逆性。图(f)展示了不同电流密度下的比电容，1 A g⁻¹时比电容为153 F g⁻¹，即使在10 A g⁻¹下仍保持53 F g⁻¹，表明设备具有优异的倍率性能。图(g)为Ragone图，显示HSC设备在1125 W kg⁻¹功率密度下可提供72 Wh kg⁻¹的能量密度。图(h)展示了在15 A g⁻¹电流密度下的循环稳定性，经过10,000次循环后，电容保持83%的初始值，表明设备具有出色的循环稳定性和充放电可逆性。

图6. Ni₃S₂-NiO@BP//AC HSC设备的柔性应用。图(a)展示了Ni₃S₂-NiO@BP//AC HSC设备在不同弯曲角度（0°, 60°, 90°, 120°）下的照片。图(b)为设备在不同弯曲角度下的CV曲线，结果表明即使在弯曲时，CV曲线形状几乎不变，容量损失极小，证明其良好的柔性和稳定性。图(c)展示了该设备为电子手表供电超过30分钟，进一步验证了其优异的能量存储性能。图(d)为设备安装在手腕带上的照片，作为柔性能量设备为电子手表供电，证明其在可穿戴设备中的应用潜力。

本研究成功地展示了通过创新的焦耳加热方法在巴基纸上合成Ni₃S₂-NiO复合材料。这一方法高效且有效，提供了一条快速合成路线，避免了有机溶剂的使用，从而提升了工艺的可持续性。通过利用巴基纸作为基底，所制备的复合材料保持了多壁碳纳米管的结构，并实现了活性材料的均匀分散，显著促进了快速法拉第反应。此外，DFT结果显示，Ni₃S₂-NiO@BP具有最佳的导电性和OH−吸附能。基于Ni₃S₂和NiO之间的协同效应，Ni₃S₂-NiO异质结构展现出优异的比电容和倍率性能，在1 A g⁻¹电流密度下获得了2278 F g⁻¹的比电容。通过原位XRD和拉曼光谱分析，确认了Ni₃S₂-NiO在碱性电解液中充放电过程中的相变，揭示了潜在的反应路径。该材料为可逆氧化还原反应提供了丰富的活性位点，从而提高了电荷存储能力和快速氧化还原动力学。Ni₃S₂-NiO@BP//AC设备在1124.8 W kg⁻¹的功率密度下具有71.55 Wh kg⁻¹的能量密度。此外，复合电极的柔性特性确保了其在机械变形下稳定的电化学性能，使其非常适合便携式和可穿戴电子应用。本研究为金属硫化物在碳基材料上的快速合成提供了宝贵的策略，并为高性能柔性超级电容器的发展铺平了道路，有助于能源产业的可持续发展。

DOI: 10.1016/j.cej.2025.160765