電化學(xué)和水熱沉積法制備膜電極材料及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、由于環(huán)境的日益惡化、溫室效應(yīng)的加劇和化石燃料的耗盡，發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)已經(jīng)迫在眉睫，其中高性能的能量存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換材料是關(guān)鍵技術(shù)之一。超級(jí)電容器因其高功率密度、可快速充放電以及循環(huán)壽命長(zhǎng)等諸多優(yōu)點(diǎn)受到了廣泛關(guān)注。在制備電極材料的過(guò)程中通常需要加入粘結(jié)劑來(lái)增強(qiáng)電極材料與集流體之間的黏附性，但是也會(huì)因此而堵塞電極材料的孔道，減少有效孔道面積。為了解決這一問(wèn)題，本論文利用電化學(xué)和水熱沉積法分別在泡沫鎳和鐵片上直接生長(zhǎng)制備N(xiāo)i-MOFs和硫化鐵薄膜電極

2、，在無(wú)需添加任何粘結(jié)劑的情況下，提高了材料的利用率。本文研究了合成工藝參數(shù)與電化學(xué)性能之間的關(guān)系，為進(jìn)一步優(yōu)化工藝參數(shù)，改進(jìn)材料性能提供了科學(xué)依據(jù)。
　　本論文主要包括以下兩個(gè)方面的研究?jī)?nèi)容:
　　(1)以泡沫鎳為集流體和鎳源，均苯三甲酸為配體，蒸餾水和無(wú)水乙醇混合溶液為溶劑，氟化銨為電解質(zhì)，通過(guò)電化學(xué)合成法在泡沫鎳基底上直接生長(zhǎng)出Ni-MOFs膜電極材料。研究了不同的電化學(xué)合成時(shí)間、電流密度、溫度和電解液配比對(duì)制備N(xiāo)i-M

3、OFs泡沫鎳薄膜電極的影響，利用X-射線衍射(XRD)，掃描電鏡(SEM)對(duì)其進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征。研究表明，在不單獨(dú)加入鎳源的情況下，可以在泡沫鎳孔道中生長(zhǎng)一層Ni-MOFs的針狀晶體。負(fù)載量隨電化學(xué)時(shí)間和電流密度的增加而增加。通過(guò)循環(huán)伏安法，恒流充放電法和電化學(xué)阻抗譜技術(shù)測(cè)試了該電極材料的電化學(xué)性能。結(jié)果表明:在掃速為10 mV/s時(shí)，Ni-MOFs的比電容僅為25.63 F/g。在掃速為10 mV/s下，經(jīng)過(guò)500次循環(huán)測(cè)試之后電容保持

4、率為63.68％。為了提高材料的比電容，以Ni-MOFs為前驅(qū)體，通過(guò)高溫處理得到了NiOx/C復(fù)合材料，研究了不同的熱解溫度對(duì)電極材料性能的影響。Ni-MOFs電極碳化后轉(zhuǎn)化成為Ni/NiOx/C復(fù)合電極材料，碳化溫度為900℃時(shí)，所得Ni/NiOx@C復(fù)合材料的電化學(xué)性能最佳。在掃速為10 mV/s時(shí)，碳化樣品的比電容達(dá)到224.56 F/g。在掃速為10 mV/s下，經(jīng)過(guò)500次循環(huán)測(cè)試之后電容保持率為92.83％。優(yōu)化得到電化學(xué)

5、合成的工藝參數(shù)為電流密度7 mA/cm2、溫度60℃、時(shí)間10h和電解液配比為1∶1。
　　(2)以鐵片作為集流體，F(xiàn)eCl2·4H2O鐵源，分別以H2NCSNH2和C2H5NS為硫源，通過(guò)水熱法在鐵片上生長(zhǎng)硫化鐵薄膜電極材料。研究了不同硫源、鐵源濃度、水熱溫度和水熱時(shí)間對(duì)FeS納米片生長(zhǎng)的影響，并對(duì)該電極材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征和電化學(xué)性能測(cè)試。結(jié)果表明，以H2NCSNH2為硫源，水熱溫度在200℃，水熱時(shí)間在36h時(shí)，合成的FeS納米

6、片結(jié)晶性較好，物相單一。在掃速為10 mV/s下，樣品的比電容為66.10F/g。在掃速為10mV/s下，經(jīng)過(guò)1000次循環(huán)之后，F(xiàn)eS納米片樣品的電容保持率為89.30％。以C2H5NS為硫源，水熱溫度在165℃，水熱時(shí)間在36h時(shí)，合成的FeS納米片結(jié)晶性較好，物相單一，沒(méi)有雜相。在掃速為10 mV/s下，樣品的比電容為65.83 F/g。在掃速為10 mV/s下，經(jīng)過(guò)1000次循環(huán)之后，F(xiàn)eS納米片樣品的電容保持率在87.20％。