本文關(guān)鍵詞：鎳鈷基硫化物電極材料的制備、表征及其超電容性能

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【摘要】：過渡族金屬元素與硫元素形成的化合物擁有獨(dú)特的納米結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能,因此人們對于將其應(yīng)用在儲能器件上產(chǎn)生了很大的吸引力。金屬硫化物所表現(xiàn)出的特殊的物理和化學(xué)性能,使其在鋰離子電池、太陽能控制器、催化劑以及超導(dǎo)體等方向上的應(yīng)用都具有很大的潛力。金屬硫化物的比電容要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于碳基材料,同時生產(chǎn)所需的成本也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于金屬氧化物。在導(dǎo)電性方面,金屬硫化物也要遠(yuǎn)高于導(dǎo)電聚合物。本文采用簡單溶劑熱法制備合成出中空微納結(jié)構(gòu)鎳鈷基金屬硫化物及其復(fù)合物電極材料。具體研究內(nèi)容如下:(1)采用溶劑熱方法制備出具有中空、介孔結(jié)構(gòu)的Ni_7S_6/Co_3S_4納米盒子電極材料,并對Ni_7S_6/Co_3S_4異質(zhì)結(jié)構(gòu)的儲能機(jī)理進(jìn)行研究分析。不同于傳統(tǒng)所認(rèn)為的儲能機(jī)理,我們提出了新的儲能機(jī)制。同時,由于中空、介孔結(jié)構(gòu)的存在,這種結(jié)構(gòu)有效提高材料比表面積,同時異質(zhì)結(jié)構(gòu)多組分間的協(xié)同作用,能夠促進(jìn)電化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行,從而提高性能。對其進(jìn)行電化學(xué)測試,在4 A/g的電流密度下其比電容高達(dá)677 F/g,而當(dāng)電流密度增大到10 A/g時,其仍有64%的容量保持率。而組裝成不對稱電容器后,同時,在3 A/g的電流密度下,連續(xù)5000次的充放電循環(huán),其仍可以維持86%以上的容量,表明其電化學(xué)性能穩(wěn)定。(2)通過改變實驗的條件,溶劑熱法制備純相的二元金屬硫化物NiCo_2S_4電極材料,由于多金屬元素的存在,大大增加了電極材料的導(dǎo)電性。中空、介孔結(jié)構(gòu)有效的增大材料比表面積,有利于電化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。電化學(xué)測試表明,當(dāng)電流密度從4 A/g增大到10 A/g時,其容量保持率達(dá)到61.8%,說明NiCo_2S_4電極材料在較高的電流密度下仍具有較高的比容量。而組裝成不對稱電容器,在0.2A/g的條件下,整個電容器的質(zhì)量比容量為82 F/g,其最大能量密度和功率密度分別為25.6 Wh/kg和2250 W/kg。(3)采用簡單溶劑熱法制備出中空NiCo_2S_4/Co_9S_8橢球形貌的復(fù)合相電極材料,并通過改變NH_4HCO_3的含量,探究NH_4HCO_3的含量對材料形貌和成分的影響。所合成的NiCo_2S_4/Co_9S_8電極材料展現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能,在4 A/g的條件下,其比電容達(dá)到749 F/g,而當(dāng)增大到10 A/g的情況下,其仍有88%的容量保持率,展現(xiàn)了優(yōu)良的比功率特性。而組裝成不對稱電容器,在0.25 A/g的條件下,整個電容器的質(zhì)量比容量達(dá)到107 F/g,其最大能量密度和功率密度分別高達(dá)33.5 Wh/kg和3750 W/kg。在3 A/g的條件下,經(jīng)過5000次的循環(huán)后,比電容仍保持62%以上,顯示出良好的循環(huán)穩(wěn)定性。這種中空結(jié)構(gòu)的材料有效增大材料的比表面積,NiCo_2S_4和Co_9S_8兩相間具有豐富的異質(zhì)結(jié)構(gòu),加之NiCo_2S_4和Co_9S_8兩相間的相互協(xié)同作用,有利于電化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行,最終表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。
【關(guān)鍵詞】：超級電容器 鎳鈷基硫化物 異質(zhì)結(jié)構(gòu) 比電容 能量密度
【學(xué)位授予單位】：安徽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O646;TM53
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 引言10-11
• 第一章 緒論11-29
• 1.1 超級電容器概述11-15
• 1.1.1 超級電容器的特點(diǎn)11-12
• 1.1.2 超級電容器種類12-14
• 1.1.3 超級電容器的應(yīng)用14-15
• 1.2 超電容電極材料研究進(jìn)展15-27
• 1.2.1 碳基材料的研究進(jìn)展15-18
• 1.2.2 層狀雙金屬氫氧化物研究進(jìn)展18
• 1.2.3 法拉第贗電容電極材料研究進(jìn)展18-27
• 1.3 本論文的研究意義和主要內(nèi)容27-29
• 第二章 中空Ni_7S_6/Co_3S_4異質(zhì)結(jié)構(gòu)的制備、表征以及超電容性能29-40
• 2.1 引言29
• 2.2 實驗內(nèi)容29-31
• 2.2.1 實驗材料29
• 2.2.2 樣品制備29-30
• 2.2.3 樣品表征30
• 2.2.4 電化學(xué)測試30-31
• 2.3 結(jié)果與討論31-39
• 2.3.1 樣品的物性表征31
• 2.3.2 樣品的形貌結(jié)構(gòu)表征31-33
• 2.3.3 樣品的儲能機(jī)理研究33-37
• 2.3.4 樣品的電化學(xué)測試37-39
• 2.4 本章小結(jié)39-40
• 第三章 中空NiCo_2S_4納米盒子的制備、表征以及超電容性能40-48
• 3.1 引言40
• 3.2 實驗內(nèi)容40-42
• 3.2.1 實驗材料40
• 3.2.2 樣品制備40-41
• 3.2.3 樣品表征41
• 3.2.4 電化學(xué)測試41-42
• 3.3 結(jié)果與討論42-47
• 3.3.1 樣品的物性表征42-43
• 3.3.2 樣品的形貌結(jié)構(gòu)表征43-44
• 3.3.3 樣品的電化學(xué)性能表征及分析44-47
• 3.4 本章小結(jié)47-48
• 第四章 中空NiCo_2S_4/Co_9S_8復(fù)合橢球形微納結(jié)構(gòu)的制備、表征及超電容性能48-58
• 4.1 引言48
• 4.2 實驗內(nèi)容48-50
• 4.2.1 實驗材料48
• 4.2.2 樣品制備48-49
• 4.2.3 樣品表征49
• 4.2.4 電化學(xué)測試49-50
• 4.3 結(jié)果與討論50-57
• 4.3.1 樣品的物性表征50-51
• 4.3.2 樣品的形貌結(jié)構(gòu)表征51-54
• 4.3.3 樣品的電化學(xué)性能表征及分析54-57
• 4.4 本章小結(jié)57-58
• 第五章 結(jié)論58-60
• 參考文獻(xiàn)60-68
• 研究成果68-69
• 致謝69

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本文編號：618540