硫化钴/镍钴氢氧化物复合材料的制备及电化学性能研究

来源 :东北电力大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:nurgul2120
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近年来,层状双金属氢氧化物由于其独特的二维层状结构和高比电容等优势,作为超级电容器的电极材料而受到广泛关注。但其较差的导电性以及结构的不稳定性导致其在高倍率多循环使用条件下受到限制。而相较于金属氢氧化物,金属硫化物具有更优异的导电性以及结构稳定性。本课题采用结构稳定的沸石咪唑类钴基金属有机框架(ZIF-67)作为前驱体及模板,制备硫化钴/镍钴双金属氢氧化物(CoSx/Ni-Co LDH)复合材料,实现材料组成、结构的可控合成,并充分利用两种化合物间的协同互补效应,获得电化学性能优异的超级电容器电极材料。(1)首先采用简单的化学沉淀法制备前驱体及模板ZIF-67,使用硫代乙酰胺对其进行部分硫化,再加入硝酸镍与剩余ZIF-67发生刻蚀沉淀反应,最终制得CoSx/Ni-Co LDH复合材料。作为对比,以ZIF-67作为前驱体,分别制备了单一组分的硫化钴和镍钴氢氧化物纳米材料。对制备的材料进行表征,结果表明:所制备的CoSx/Ni-Co LDH复合材料具有由薄纳米片组装而成的空心菱形十二面体形貌,这种独特的多级结构使CoSx/Ni-Co LDH复合材料较纯相的硫化钴和镍钴氢氧化物具有更高的比表面积、更大的孔隙率以及更稳定的结构。此外,还探究了不同反应参数对CoSx/Ni-Co LDH复合材料形貌及电化学性能的影响,得到CoSx/Ni-Co LDH复合材料制备的最佳条件:硫代乙酰胺投加量为0.13 mmol、硝酸镍投加量为0.86 mmol、硫化温度为80℃、硫化时间为1 h、反应溶剂为乙醇。(2)对CoSx/Ni-Co LDH复合材料的电化学性能进行探究,电化学测试结果表明,CoSx/Ni-Co LDH复合材料在1 A g-1电流密度下的比电容可以达到1562F g-1,即使在20 A g-1电流密度下,仍然具有1022 F g-1的比电容,具有较好的倍率性能。为进一步探究合成出的CoSx/Ni-Co LDH纳米复合材料的实际应用潜力,采用CoSx/Ni-Co LDH复合材料作为正极材料,活性炭(Active Carbon,AC)为负极材料,组装成混合型超级电容器(Hybrid Supercapacitor,HSC),并对其进行电化学性能测试。测试结果表明,所组装的HSC具有较大的电位窗口(0-1.6V)、较高的能量密度(在功率密度为800 W kg-1时,能量密度可以达到35.8 Wh kg-1,当功率密度高达8014 W kg-1时,能量密度仍有11.13 W h kg-1)以及优异的循环稳定性(在5 A g-1电流密度下循环10000次后,比电容保持率为94.56%)。
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