镍钴基硫化物电极材料的制备、表征及其超电容性能

发布时间：2017-08-04 08:22

  本文关键词：镍钴基硫化物电极材料的制备、表征及其超电容性能

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【摘要】：过渡族金属元素与硫元素形成的化合物拥有独特的纳米结构和电学性能,因此人们对于将其应用在储能器件上产生了很大的吸引力。金属硫化物所表现出的特殊的物理和化学性能,使其在锂离子电池、太阳能控制器、催化剂以及超导体等方向上的应用都具有很大的潜力。金属硫化物的比电容要远远大于碳基材料,同时生产所需的成本也远远低于金属氧化物。在导电性方面,金属硫化物也要远高于导电聚合物。本文采用简单溶剂热法制备合成出中空微纳结构镍钴基金属硫化物及其复合物电极材料。具体研究内容如下:(1)采用溶剂热方法制备出具有中空、介孔结构的Ni_7S_6/Co_3S_4纳米盒子电极材料,并对Ni_7S_6/Co_3S_4异质结构的储能机理进行研究分析。不同于传统所认为的储能机理,我们提出了新的储能机制。同时,由于中空、介孔结构的存在,这种结构有效提高材料比表面积,同时异质结构多组分间的协同作用,能够促进电化学反应的进行,从而提高性能。对其进行电化学测试,在4 A/g的电流密度下其比电容高达677 F/g,而当电流密度增大到10 A/g时,其仍有64%的容量保持率。而组装成不对称电容器后,同时,在3 A/g的电流密度下,连续5000次的充放电循环,其仍可以维持86%以上的容量,表明其电化学性能稳定。(2)通过改变实验的条件,溶剂热法制备纯相的二元金属硫化物NiCo_2S_4电极材料,由于多金属元素的存在,大大增加了电极材料的导电性。中空、介孔结构有效的增大材料比表面积,有利于电化学反应的进行。电化学测试表明,当电流密度从4 A/g增大到10 A/g时,其容量保持率达到61.8%,说明NiCo_2S_4电极材料在较高的电流密度下仍具有较高的比容量。而组装成不对称电容器,在0.2A/g的条件下,整个电容器的质量比容量为82 F/g,其最大能量密度和功率密度分别为25.6 Wh/kg和2250 W/kg。(3)采用简单溶剂热法制备出中空NiCo_2S_4/Co_9S_8椭球形貌的复合相电极材料,并通过改变NH_4HCO_3的含量,探究NH_4HCO_3的含量对材料形貌和成分的影响。所合成的NiCo_2S_4/Co_9S_8电极材料展现出优异的电化学性能,在4 A/g的条件下,其比电容达到749 F/g,而当增大到10 A/g的情况下,其仍有88%的容量保持率,展现了优良的比功率特性。而组装成不对称电容器,在0.25 A/g的条件下,整个电容器的质量比容量达到107 F/g,其最大能量密度和功率密度分别高达33.5 Wh/kg和3750 W/kg。在3 A/g的条件下,经过5000次的循环后,比电容仍保持62%以上,显示出良好的循环稳定性。这种中空结构的材料有效增大材料的比表面积,NiCo_2S_4和Co_9S_8两相间具有丰富的异质结构,加之NiCo_2S_4和Co_9S_8两相间的相互协同作用,有利于电化学反应的进行,最终表现出优异的电化学性能。
【关键词】：超级电容器 镍钴基硫化物 异质结构 比电容 能量密度
【学位授予单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O646;TM53
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 引言10-11
• 第一章 绪论11-29
• 1.1 超级电容器概述11-15
• 1.1.1 超级电容器的特点11-12
• 1.1.2 超级电容器种类12-14
• 1.1.3 超级电容器的应用14-15
• 1.2 超电容电极材料研究进展15-27
• 1.2.1 碳基材料的研究进展15-18
• 1.2.2 层状双金属氢氧化物研究进展18
• 1.2.3 法拉第赝电容电极材料研究进展18-27
• 1.3 本论文的研究意义和主要内容27-29
• 第二章 中空Ni_7S_6/Co_3S_4异质结构的制备、表征以及超电容性能29-40
• 2.1 引言29
• 2.2 实验内容29-31
• 2.2.1 实验材料29
• 2.2.2 样品制备29-30
• 2.2.3 样品表征30
• 2.2.4 电化学测试30-31
• 2.3 结果与讨论31-39
• 2.3.1 样品的物性表征31
• 2.3.2 样品的形貌结构表征31-33
• 2.3.3 样品的储能机理研究33-37
• 2.3.4 样品的电化学测试37-39
• 2.4 本章小结39-40
• 第三章 中空NiCo_2S_4纳米盒子的制备、表征以及超电容性能40-48
• 3.1 引言40
• 3.2 实验内容40-42
• 3.2.1 实验材料40
• 3.2.2 样品制备40-41
• 3.2.3 样品表征41
• 3.2.4 电化学测试41-42
• 3.3 结果与讨论42-47
• 3.3.1 样品的物性表征42-43
• 3.3.2 样品的形貌结构表征43-44
• 3.3.3 样品的电化学性能表征及分析44-47
• 3.4 本章小结47-48
• 第四章 中空NiCo_2S_4/Co_9S_8复合椭球形微纳结构的制备、表征及超电容性能48-58
• 4.1 引言48
• 4.2 实验内容48-50
• 4.2.1 实验材料48
• 4.2.2 样品制备48-49
• 4.2.3 样品表征49
• 4.2.4 电化学测试49-50
• 4.3 结果与讨论50-57
• 4.3.1 样品的物性表征50-51
• 4.3.2 样品的形貌结构表征51-54
• 4.3.3 样品的电化学性能表征及分析54-57
• 4.4 本章小结57-58
• 第五章 结论58-60
• 参考文献60-68
• 研究成果68-69
• 致谢69

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本文编号：618540