过渡金属硫化物电极材料的制备及电化学性能研究

发布时间：2017-06-11 15:11

  本文关键词：过渡金属硫化物电极材料的制备及电化学性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文针对过渡金属硫化物,采用不同的的制备方法分别制备了单金属硫化物硫化钴和硫化钼,然后在研究单金属硫化物的基础上,通过Co、Mo离子进行配位,成功制备了双金属硫化物CoMoS_4,并首次将其用作超级电容器电极活性材料。利用XRD、SEM、TEM和XPS等技术对所制备的材料的微观结构和形貌进行了分析,同时用循环伏安(CV)、恒电流充放电(GCD)和电化学阻抗(EIS)等技术测试其电化学性能,并针对其电化学性能与结构的关系展开研究。主要研究内容和结果如下一、以硫化铵和氯化钴为原料,去离子水为溶剂,采用简单化学沉淀法和不同温度的热处理工艺分别制备制备了非晶结构和结晶度较好的的Co-S电极材料。电化学测试发现所制备的Co-S电极材料具有良好的电化学性能。在0.5 Ag~(-1)电流密度放电时,CoS_2-200比容量可以达到996.16 Fg~(-1),且经过10000次循环后,比容量的保持率为97.6%；而在0.5 Ag~(-1)电流密度放电时,CoS_2-280比容量可以达到354.13 Fg~(-1),且经过10000次循环后,比容量的保持率为64.7%。二、以硫化铵、钼酸铵、氨水为原料,通过热分解(NH_4)_2MoS_4制备的Mo-S电极材料,在200℃所得到的样品MoS_3倾向于形成大量的块状结构以及它们的聚集。在400℃的MoS_3 MoS_2时,开始出现由纳米颗粒堆积的松散的结构。在600℃的MoS_2形成了自组装多孔结构,因为多孔的结构能够导致较快的离子-电子转移以及使活性物质/电解液充分接触,所以就能够时电化学性能得到增强,例如高倍率性能和较好的循环稳定性。通过电化学性能测试我们发现Mo-S电极材料均表现出了双电层储能机理,其中MoS_3在电流密度为0.5 Ag~(-1)时的电流密度达到了455.6 Fg~(-1),而MoS_3 MoS_2和MoS_2则分别为122.54 Fg1和44.30 Fg~(-1);MoS_3 MoS_2和MoS_2电极则在5000次循环后容量保持率仍然为100%,表现出了较好的循环稳定性；为了研究所制备Mo-S材料在器件中的性能,我们用所制备的SHAC作为正极,MoS_3为负极,组装了混合型电容器MoS_3//SHAC。经过测试,组装的MoS_3//SHAC非对称型电容器表现出优异的性能。其电位窗口可以高达2 V,容量最高达到53 Fg~(-1),且当电流密度增大10倍时,容量保持率为61.3%。在565 W kg~(-1)的功率密度下,能量密度可以达到30.3Wh kg~(-1)。三、以(NH_4)_2MoS_4为前驱体,以氯化钴为原料,采用简单化学沉淀法和热处理工艺,我们合成了CoMoS_4电极材料。通过对产物进行结构表征,样品是由纳米颗粒堆积成的疏松多孔结构,从而有利于电解液离子的扩散。由于具有较好的导电性、较低的结晶度、以及较多的孔结构,所制备的CoMoS_4电极材料具有良好的电化学性能,在0.5 Ag~(-1)电流密度下放电时,CoMoS_4的比容量可以达到415 Fg~(-1)；当电流密度从0.5 Ag-升高到5 Ag~(-1)时,容量保持率仍然为82.1%,表现出了优越的倍率性能；在经过10000次循环后,比容量保持率为100%。
【关键词】：超级电容器 金属硫化物 电极材料 电化学性能
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O646;TM53
【目录】：

• 摘要8-10
• Abstract10-12
• 第1章 绪论12-24
• 1.1 引言12-13
• 1.2 超级电容器简述13-16
• 1.2.1 超级电容器的发展历史13
• 1.2.2 超级电容器的储能原理及分类13-15
• 1.2.2.1 电层超级电容器(EDLC)13-14
• 1.2.2.2 赝电容超级电容器(Pesudocapacitor)14-15
• 1.2.3 超级电容器的组成15-16
• 1.2.4 超级电容器的优点16
• 1.3 超级电容器的应用16-17
• 1.4 超级电容器电极材料研究概述17-18
• 1.4.1 碳材料国内外研究现状17
• 1.4.2 导电聚合物国内外研究现状17
• 1.4.3 金属化合物国内外研究现状17-18
• 1.4.3.1 金属氧化物17-18
• 1.4.3.2 金属磷化物18
• 1.4.3.3 金属氮化物18
• 1.5 过渡金属硫化物的研究现状18-21
• 1.5.1 过渡金属硫化物的制备方法18-19
• 1.5.1.1 水热或溶剂热法18-19
• 1.5.1.2 元素直接反应法19
• 1.5.1.3 沉淀法19
• 1.5.1.4 电化学法19
• 1.5.1.5 溶胶凝胶法19
• 1.5.1.6 单源前驱体法19
• 1.5.2 过渡金属硫化物研究进展19-21
• 1.6 本课题的研究思路的提出及研究内容21-24
• 1.6.1 研究思路的提出21-22
• 1.6.2 研究内容22-24
• 第2章 单金属硫化物电极材料的制备及电化学性能研究24-43
• 2.1 引言24
• 2.2 实验主要试剂和设备24-25
• 2.2.1 主要实验试剂、材料24
• 2.2.2 主要实验设备24-25
• 2.3 电极材料的结构表征和电化学测试方法25-26
• 2.3.1 结构表征25
• 2.3.2 电化学测试25-26
• 2.4 硫化钴(Co-S)的制备及其表征26-32
• 2.4.1 硫化钴(Co-S)材料的制备26
• 2.4.2 电极的制备26-27
• 2.4.3 结果与讨论27-32
• 2.4.3.1 硫化钴(Co-S)的结构与形貌表征27-30
• 2.4.3.2 硫化钴(Co-S)的电化学性能研究30-32
• 2.5 硫化钼(Mo-S)的制备及其表征32-42
• 2.5.1 硫化钼(Mo-S)电极材料的制备33
• 2.5.2 自制高性能活性炭(SHAC)的制备33-34
• 2.5.2.1 PAN大分子引发剂的制备33-34
• 2.5.2.2 PAN-b-PMMA二嵌段共聚物的制备34
• 2.5.2.3 自制高性能活性炭(SHAC)的制备34
• 2.5.3 电极的制备34
• 2.5.4 电容器的制备34-35
• 2.5.5 结果与讨论35-42
• 2.5.5.1 硫化钼(Mo-S)电极材料的结构与形貌表征35-38
• 2.5.5.2 硫化钼(Mo-S)的电化学性能研究38-41
• 2.5.5.3 MoS_3//SHAC非对称超级电容器的电化学性能研究41-42
• 2.6 本章小结42-43
• 第3章 双金属硫化物电极材料的制备及电化学性能研究43-55
• 3.1 引言43
• 3.2 实验主要试剂和设备43-45
• 3.2.1 主要实验试剂、材料43-44
• 3.2.2 主要实验设备44-45
• 3.3 电极材料的结构表征和电化学测试方法45
• 3.3.1 结构表征45
• 3.3.2 电化学测试45
• 3.4 三元双金属硫化物CoMoS_4电极材料的制备及其表征45-54
• 3.4.1 硫化钴(CoS)电极材料的制备45
• 3.4.2 硫化钼(MoS_2)电极材料的制备45-46
• 3.4.3 三元双金属氧化物CoMoO_4电极材料的制备46
• 3.4.4 三元双金属硫化物CoMoS_4电极材料的制备46-47
• 3.4.4.1 (NH_4)_2MoS_4前驱体的制备46
• 3.4.4.2 三元双金属硫化物CoMoS_4电极材料的制备46-47
• 3.4.5 电极的制备47
• 3.4.6 结果与讨论47-54
• 3.4.6.1 三元双金属硫化物CoMoS_4的结构与形貌表征47-50
• 3.4.6.2 三元双金属硫化物CoMoS_4的电化学性能研究50-54
• 3.5 本章小结54-55
• 结论与展望55-57
• 参考文献57-64
• 致谢64-65
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录65

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 戴萃辰;脂肪族化合物的物理化学性能的结构基础[J];自然杂志;1979年07期

2 何林生;;钛白废酸提钪及钪的应用[J];杭州化工;1991年02期

3 张勇;霍庆媛;王力臻;张爱勤;宋延华;;LiFePO_4/MWNTs/BC复合材料的制备及电化学性能[J];热加工工艺;2012年24期

4 杜霞;薛卫东;刘帆;李昱树;;n型硅/碳复合材料的制备及电化学性能研究[J];电子元件与材料;2013年01期

5 ;钛及钛钼合金电化学性能的研究[J];上海有色金属;1978年03期

6 龚茜，谭攸庚;钌钛锡氧化物阳极表面形态及电化学性能研究[J];氯碱工业;1995年05期

7 邓凌峰;陈洪;;2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑的合成及电化学性能[J];材料导报;2009年22期

8 Degussa;徐翔飞;;“白炭黑”的制备工艺及其物理—化学性能[J];橡胶译丛;1981年03期

9 刘春莲;;《材料化学性能》课的教学实践[J];太原理工大学学报(社会科学版);2002年S1期

10 章宗穰;许传经;潘幼良;;旋转环—盘电极的研制和电化学性能研究[J];上海师范学院学报(自然科学版);1984年03期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 郄富昌;彭庆文;唐致远;;锂离子电池负极材料Li_2ZnTi_3O_8/C纳米颗粒的制备及其电化学性能[A];第30届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2013年

2 李良超;郝仕油;林秋月;应桃开;;纳米氧化锰的制备及其电化学性能研究[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅲ[C];2004年

3 刘志超;党海军;陈广宇;张自禄;;氟化石墨的制备与电化学性能[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集（上集）[C];2005年

4 张森;李志勇;;氟化处理对储氢合金电化学性能的影响研究[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集（下集）[C];2005年

5 季益刚;周益明;邵阳;戴跃华;俞燕青;王青;唐亚文;陆天虹;沈涛;;氢氧化镍的低热固相合成及其电化学性能[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集（上集）[C];2005年

6 董怡辰;王振波;秦华;;炭包覆对动力锂离子电池正极材料电化学性能影响[A];第22届炭—石墨材料学术会论文集[C];2010年

7 侯磊;吴茂;何新波;曲选辉;;碳含量对磷酸钒锂电化学性能的影响[A];第30届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2013年

8 邹红丽;招睿雄;沈培康;;钨掺杂LiFePO_4的合成和电化学性能研究[A];第二十八届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2009年

9 樊小勇;江宏宏;黄令;孙世刚;;电镀锡作为锂离子电池负极材料的电化学性能研究[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集（上集）[C];2005年

10 王婷;曹中秋;边静;;镁铝储氢电极合金的制备及电化学性能研究[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集（下集）[C];2005年

中国重要报纸全文数据库 前1条

1 ;锌的性质与用途[N];期货日报;2007年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 卢桂霞;过渡金属氧化物锂离子电池负极材料的制备及其电化学性能研究[D];山东大学;2015年

2 胡梅娟;金属氧化物基锂/钠离子电池负极材料制备与电化学性能研究[D];浙江大学;2014年

3 刘芳延;基于综纤维素制备炭基复合材料及其电化学性能研究[D];东北林业大学;2015年

4 江小剑;基于脱合金法的锰基微纳结构的构筑及其电化学性能研究[D];山东大学;2015年

5 王聪;锂离子电池电极材料Li_3V_2(PO_4)_3的制备及其电化学性能改性研究[D];北京化工大学;2015年

6 莫润伟;高性能锂离子电池正极材料LiV_3O_8的制备及其电化学性能研究[D];哈尔滨工业大学;2014年

7 历彪;钛的含氟氧化物及其锂化产物纳米粒子的合成、表征与电化学性能研究[D];中国科学技术大学;2015年

8 刘清朝;锂空气电池电极材料的制备和电化学性能研究[D];吉林大学;2015年

9 石丽丽;新型锂硫电池正极材料的制备及其电化学性能研究[D];北京理工大学;2016年

10 刘兵;锡/钼基锂离子电池负极材料的微结构调控及储锂性能研究[D];北京理工大学;2015年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 栗志同;钒基材料的合成、表征及其电化学性能研究[D];华南理工大学;2015年

2 王莎;多巴胺炭球及MOFs@硫复合材料的制备及其Li-S电池电化学性能研究[D];华南理工大学;2015年

3 燕平;氢驱动化学反应法制备Li_xal_ySi_z锂离子电池负极材料及其电化学性能[D];浙江大学;2015年

4 杜志玲;掺氮多孔碳的制备及其电化学性能研究[D];燕山大学;2015年

5 宋巧兰;新型离子液体的制备及其电化学性能研究[D];陕西科技大学;2015年

6 黄文静;新型导电聚合物-石墨烯电极材料的制备及电化学性能研究[D];南京理工大学;2015年

7 康怡然;纳米二氧化锰/碳材料复合电极材料的制备及其电化学性能的研究[D];郑州大学;2015年

8 张亦弛;低维氧化钼纳米材料微观结构及其电化学性能研究[D];南京理工大学;2015年

9 李涛;Fe-Mn-Ti-C锂离子电池负极材料的制备及其电化学性能研究[D];山东大学;2015年

10 申亚举;水系锂离子电池负极材料LiTi_2(P0_4)_3的制备及性能研究[D];沈阳理工大学;2015年

  本文关键词：过渡金属硫化物电极材料的制备及电化学性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：441890