高效的能量存儲技術是解決目前能源短缺問題和推動現(xiàn)代生活發(fā)展的基礎與核心。在眾多能量存儲技術中,電化學能量存儲系統(tǒng)因其較高的存儲容量、高效率、高穩(wěn)定性以及低成本等優(yōu)勢成為了目前研究的熱門話題。電化學儲能器件的發(fā)展離不開高性能電極材料的開發(fā)。復雜異質結材料相比于其單組分材料具有更優(yōu)異的離子存儲容量,因此作為電極材料而被廣泛地應用于電化學儲能領域。調控電極材料的異質結界面對電極材料的物理和化學性質具有較大的影響,然而,對于研究異質結界面于電極材料的電子電導性能與電化學性能之間內在聯(lián)系的工作尚少,人們缺乏對其中機理的認識。在本工作中,我們設計并構筑了MoS_2/MnO_2異質結電極材料的納米電化學儲能器件,在微納米尺度下研究該異質結電極材料的結構、物理性質與電化學性能之間的聯(lián)系。本文中,首先通過簡單的水熱合成方法制備超長的二氧化錳納米線(MnO_2),同時采取物理剝離法從高純度的二硫化鉬單晶塊體材料中剝離出二硫化鉬納米片(MoS_2),把MnO_2納米線和MoS_2納米片有序地轉移至硅片基底制備二硫化鉬/二氧化錳異質結(MoS_2/MnO_2)電極材料。結合多種表征手段對MnO_2納米線、MoS_2納米片以及MoS_2/MnO_2異質結的形貌與結構進行了研究。同時,分別組裝了基于MoS_2納米片與MoS_2/MnO_2異質結的納米電化學儲能器件,對這些電極材料進行電化學性能測試,分析電極材料的容量和離子擴散速率;此外,把工作電極分別連接到MoS_2/MnO_2異質結的MoS_2與MnO_2端測試異質結的電化學性能,結合原位IV測試技術測試MoS_2/MnO_2異質結在充電和放電狀態(tài)下的電子電導性能,研究異質結界面對MoS_2/MnO_2異質結電化學性能的影響,建立起材料的結構、電化學性能與電子電導性能之間的關系,分析異質結電極材料的能量儲存機理。本工作得到的研究成果如下所示:(1)選用水熱法制備MnO_2納米線,隨后通過旋涂法把所得的納米線旋涂至處理好的SiO_2/Si基底表面。利用物理剝離法得到多層MoS_2納米片,并把納米片轉移至MnO_2納米線上,實現(xiàn)在微觀尺度下構筑MoS_2/MnO_2異質結電極材料。結合SEM、XRD、RAMAN等表征手段對電極材料進行形貌與結構表征。(2)分別組裝了基于MoS_2納米片與MoS_2/MnO_2異質結的納米電化學儲能器件,在濃度為6 mol L~(-1)的KOH電解液中,以不同的掃速(20-200 mV s~(-1))對器件進行循環(huán)伏安測試。結果顯示,MoS_2納米片在掃速為20 mV s~(-1)的面積比容量為0.04 mAh cm~(-2)。在相同掃速下,MoS_2/MnO_2異質結在工作電極連接到MoS_2端測試所得的面積比容量為0.2 mAh cm~(-2)。而在MnO_2端測試所得的面積比容量為前者的1.5倍(0.31 mAh cm~(-2))。在MoS_2端進行測試時,MoS_2/MnO_2異質結的離子擴散速率只有9.68×10~(-6) cm~2 s~(-1),相比之下MoS_2/MnO_2異質結在MnO_2端進行測試時所得的離子擴散速率為1.28×10~(-5) cm~2 s~(-1)。(3)對MoS_2/MnO_2異質結進行了原位IV測試。結果表明,該異質結材料在初始狀態(tài)下具有方向為MnO_2到MoS_2端的單向導電性質,在放電狀態(tài)下轉變?yōu)殡p向電導性質,在充電狀態(tài)下恢復單向電導性質。得到的結論為該異質結電極材料具有單向電導性質,該性質主要影響了電極材料的充電過程,并造成MoS_2/MnO_2異質結在MoS_2和MnO_2端測試時的離子擴散速率不同,進而造成在不同端進行循環(huán)伏安測試所得的面積比容量相差甚大。
【學位單位】：武漢理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：O646.54
【部分圖文】：

短缺和環(huán)境污染問題使得人類社會的不斷增加，全球對能源的需求量也在生能源(如化石能源等)難以實現(xiàn)長久的緊缺及其使用過程中所帶來的環(huán)境求。目前，新型可再生能源如太陽能規(guī)模的開發(fā)與利用。然而這些可再生點使其在使用過程中必需依托于大規(guī)此，開發(fā)高效的能量存儲技術是解決基礎與核心。在眾多能源存儲技術中高效率、高穩(wěn)定性以及低成本等優(yōu)勢

具有高理論容量密度的電極材料的開發(fā)與應用是實現(xiàn)高性能的電化學儲件的關鍵。高容量密度性質的實現(xiàn)需要電極材料具備快速的離子與電子傳能[9]，然而，離子在傳導的過程受到了材料的晶格間距的限制，導致了緩充放電過程與快速的電極材料退化過程。目前，離子電池的正極材料主要屬氧化物為主，而金屬氧化物的電子電導性能較差，這使得其倍率性能收大的限制。除此之外，高能量密度的實現(xiàn)意味著電極材料儲存離子的量最，傳統(tǒng)單一結構成分的電極材料所具備的離子儲存位點有限，同時增加電料的比表面不能實際性地提高材料存儲離子的能力，這意味著僅通過優(yōu)化成分電極材料的形貌很難實際性地提高其離子存儲容量。在很多情況下，離子不斷地在電極材料中進行嵌入和脫出，電極材料會產生氧化還原反應間相產物，同時此過程產生的體積變化會導致材料的結構坍塌，使得材料量不斷衰減(圖 1-2a)。因此，電極材料較低的理論容量和機械性能的衰減地限制了電池的發(fā)展(圖 1-2b)[10]。

圖 1-4 MnO/C 一維異質結材料制備過程[14]等人首先制備了 MnO 納米線前驅體[15]，在進行有機物包覆得到具有豆莢狀的碳包覆的 MnO/C 一維異質結材料(圖 1內部空間，在很多程度上緩解了 MnO 在鋰化過程中體積，碳包覆層起到保護內層材料的作用，解決了 MnO 的在。該材料在電流密度為 500 mA g-1下的容量能達到 1119 密度下(5Ag-1)，其容量能達到 463 mAh g-1，該性能遠超于電流密度為 5 A g-1下的容量僅有 38 mAh g-1)。該材料也表，在電流密度為 2Ag-1下循環(huán) 1000 圈發(fā)生了很少的容量

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 林宜;;用改性粘接劑試制礦棉板[J];建材工業(yè)信息;1987年15期

2 修璐;美國高強砼的研究現(xiàn)狀及新研究課題方向[J];建筑結構學報;1988年06期

3 朱璧英;;影響照相影像效應諸因素的東西方專題討論會[J];感光材料;1989年01期

4 劉桐;對常用錳礦的質量分析和調查[J];電池;1989年03期

5 李仕群;胡佳山;;粉煤灰物理化學性能評述[J];山東建材學院學報;1989年01期

6 烏.赫.阿卡耶夫;馬文杰;;聚丙烯結構和化學性能的穩(wěn)定[J];合成材料老化與應用;1989年04期

7 黃華;;載鉑鈷酸鑭的制備與電化學性能[J];材料科學與工程學報;2016年06期

8 許占位;王天;劉鑫悅;段欣彤;杜釗;王盈;;氣氛對鉬酸銨分解的影響及產物的電化學性能[J];陜西科技大學學報;2017年03期

9 豐洪微;劉向東;田曉;;儲氫合金電化學性能影響因素的研究進展[J];金屬功能材料;2009年05期

10 劉春蓮;;《材料化學性能》課的教學實踐[J];太原理工大學學報(社會科學版);2002年S1期

相關會議論文 前10條

1 王貴欣;周固民;瞿美臻;江奇;王國平;馮永成;張伯蘭;于作龍;;兩種碳納米管在超級電容器中的應用[A];納米材料和技術應用進展——全國第三屆納米材料和技術應用會議論文集（上卷）[C];2003年

2 仇鵬;周佳盼;米紅宇;;石墨烯/碳納米管復合材料的制備及電化學性能研究[A];中國化學會第29屆學術年會摘要集——第24分會：化學電源[C];2014年

3 耿芹;梁小玉;王吉德;宿新泰;;二硫化鉬/碳復合材料的制備及其電化學性能研究[A];中國化學會第30屆學術年會摘要集-第三十分會：化學電源[C];2016年

4 郄富昌;彭慶文;唐致遠;;鋰離子電池負極材料Li_2ZnTi_3O_8/C納米顆粒的制備及其電化學性能[A];第30屆全國化學與物理電源學術年會論文集[C];2013年

5 盧星河;韓冬;張廣清;馬楠;姚宏偉;;聚合物鋰離子電池碳負極材料的電化學性能研究[A];第六屆中國功能材料及其應用學術會議論文集（4）[C];2007年

6 劉志超;盧嘉春;黃萍;朱敏華;方荃;;幾種氟化碳材料的結構與電化學性能研究[A];第八屆中國功能材料及其應用學術會議摘要[C];2013年

7 許越;周德瑞;周景玲;孫碩;;乙醛肟的電化學性能研究[A];第九屆全國緩蝕劑學術討論會論文集[C];1995年

8 趙曉;鄭明濤;胡航;肖勇;劉應亮;;石墨烯/碳量子點復合材料的制備及其電化學性能[A];第七屆中國儲能與動力電池及其關鍵材料學術研討與技術交流會論文集[C];2015年

9 張曉駿;劉明賢;段輝;甘禮華;陳龍武;;石墨烯/多孔碳復合材料的制備及其電化學性能研究[A];中國化學會第29屆學術年會摘要集——第26分會：膠體與界面[C];2014年

10 劉瑞平;蘇偉明;賀鵬;張超;沈超;;中空結構TiO_2基鋰離子電池負極材料的合成與電化學性能[A];中國化學會第30屆學術年會摘要集-第三十分會：化學電源[C];2016年

相關重要報紙文章 前2條

1 徐蒞 新疆昊鑫鋰鹽開發(fā)有限公司;稀土和鈷摻雜錳酸鋰的電化學性能研究[N];新疆科技報(漢);2011年

2 ;十年磨一劍真情鑄輝煌[N];中國國門時報;2005年

相關博士學位論文 前10條

1 孫睿敏;過渡金屬硫化物儲能電極材料設計制備及電化學性能研究[D];武漢理工大學;2018年

2 汪亞萍;La_2NiO_(4+δ)體系陰極的電極反應與電化學性能[D];武漢理工大學;2018年

3 韋秀娟;轉化型負極材料的設計制備及電化學性能研究[D];武漢理工大學;2018年

4 羅雯;銻基及鉍基納米電極材料的設計制備和電化學性能研究[D];武漢理工大學;2018年

5 白雪;鎳、鈷基氫氧化物微結構構筑及電化學性能研究[D];哈爾濱工程大學;2018年

6 王艷;新型有機質高性能負極材料的電化學性能和儲鋰機制[D];蘇州大學;2018年

7 吳麗軍;釩氧（硫）化物鋰離子電池正極材料制備及其電化學性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2018年

8 吳田;鎳基體系三維電極材料的制備及其電化學性能研究[D];中國科學院大學(中國科學院上海硅酸鹽研究所);2018年

9 馬藝寧;層狀結構釩氧基化合物的制備及電化學性能研究[D];中國科學院大學(中國科學院上海硅酸鹽研究所);2018年

10 施偉利;碳素類流體的碳化物結構及其電化學性能研究[D];武漢理工大學;2017年

相關碩士學位論文 前10條

1 王佳;PEO-Al_2O_3復合隔膜和生物碳負極材料制備及電化學性能研究[D];浙江工業(yè)大學;2019年

2 廖文娟;基于CVD法的硅/碳復合材料的制備及電化學性能的研究[D];廈門大學;2017年

3 關小云;鋰離子電池正極材料LiNi_(1-x-y)Co_xMn_yO_2脫/嵌鋰過程中的結構演變及其電化學性能研究[D];廈門大學;2017年

4 劉甜甜;鋰離子電池正極材料Li_3V_2(PO_4)_3/C的制備及其電化學性能研究[D];西華大學;2016年

5 張藝程;儲能電極材料Mn_2O_3和Na_3V_2(PO_4)_3的制備和電化學性能研究[D];廈門大學;2017年

6 沈舒宜;二硫化鉬及其復合材料的制備及電化學性能研究[D];武漢理工大學;2018年

7 何秋;碳復合二氧化錫基電極材料的設計構筑及電化學性能[D];武漢理工大學;2018年

8 熊嘉琪;有機自由基聚合物的制備及其電化學性能研究[D];武漢理工大學;2018年

9 王俊波;多孔氮雜碳表面過渡金屬氧化物的制備及電化學性能[D];武漢理工大學;2018年

10 李兆槐;一維氧化硅（SiO_x）納米線的改性及其電化學性能研究[D];武漢理工大學;2018年

本文編號：2828286