超級電容器用釩基納米材料制備及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、釩氧化物及其衍生物以其特殊的開放層狀結(jié)構(gòu)和多價態(tài)而具有獨特的物理化學(xué)性能，在儲能領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。當(dāng)前，釩基電極材料普遍存在實際容量較低、循環(huán)性能和倍率性能不佳等缺陷，嚴(yán)重制約了其商業(yè)化的推廣。隨著納米技術(shù)的日新月異，制備具有特殊形貌、結(jié)構(gòu)和組成，并具有優(yōu)異電化學(xué)性能的釩基納米電極材料是這一研究領(lǐng)域熱點。本文以水熱法為基礎(chǔ)，通過新型方法的設(shè)計和優(yōu)化，合成了不同形貌不同組成的釩基納米材料，重點研究了材料的生長機(jī)理及其用作超級電容器電

2、極材料的電化學(xué)性能。本文的主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　針對釩氧化物普遍存在的導(dǎo)電性能差和結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定等缺陷，提出通過在釩氧層間摻雜NH4+離子，一方面增加材料的導(dǎo)電性；另一方面嵌入的NH4+離子擴(kuò)大層間距的同時也作為層間支柱，從而降低了導(dǎo)電離子擴(kuò)散阻力和增加了層狀結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。設(shè)計了一種新型的溶膠?凝膠/水熱法，合成寬度在200nm～1um、厚度50nm～100nm和長度可達(dá)幾十微米，分散均勻的超長(NH4)2V6O16?1.5H

3、2O納米帶，并探究了其生長機(jī)理。在1mol/L的硝酸鈉電解液中，50mA/g的電流密度下材料比容量可達(dá)220F/g以上，然而材料的循環(huán)性能仍有待提高，62次恒流充放電循環(huán)后的比容量保持率約為50％。
　　針對(NH4)2V6O16?1.5H2O納米帶存在的循環(huán)性能和倍率性能不佳的問題，通過研究發(fā)現(xiàn)，材料的形貌易破壞和在水系電解液中的穩(wěn)定較差可能是電化學(xué)性能不佳的原因。設(shè)計了一種多元醇水熱法合成新型刺球狀3維釩基納米材料，該材料為中

4、心實心周圍納米棒呈放射狀分布的核殼結(jié)構(gòu)。該材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較好，350℃焙燒和制備電極過程中的研磨都對形貌破壞較小。通過XPS分析，材料中的釩為混合價態(tài)，在電化學(xué)測試過程中發(fā)生劇烈的電化學(xué)反應(yīng)，在一定程度上提高了材料的容量。在1mol/L的硝酸鈉電解液中，初次測試充電容量達(dá)500F/g以上，放電容量達(dá)372F/g，但材料仍然存在循環(huán)性能較差的缺點，54次恒流充放電循環(huán)后放電容量穩(wěn)定在120F/g，保持率約為33%。
　　對于本文所