聚吡咯包覆納米多元金屬化合物陣列的制備及電化學儲能研究.pdf

1、電極材料是決定超級電容器和鋰離子電池等新型儲能器件性能的關(guān)鍵因素，也是目前儲能材料領域的研究熱點。在眾多電極材料中，過渡金屬Ni、Co和Mo的化合物CoMoO4和NiCo2S4材料具有理論比容量高、制備工藝簡單、環(huán)境友好等優(yōu)點，吸引了研究者的興趣。但是，CoMoO4和NiCo2S4本身的電子電導率較低、放電容量和倍率性能不理想;同時在參與電化學可逆反應時材料內(nèi)部會反復產(chǎn)生較大的應力，長期循環(huán)之后材料容易粉化失活脫落。為了改善CoMoO4

2、和NiCo2S4的比容量和循環(huán)壽命，本文設計了CoMoO4和NiCo2S4的納米陣列結(jié)構(gòu)，并將聚吡咯包覆在其表面，利用聚吡咯的高電導率和優(yōu)異穩(wěn)定性來改善CoMoO4和NiCo2S4材料的倍率性能、比容量和循環(huán)壽命，主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)采用水熱法和高溫煅燒技術(shù)在泡沫鎳基底上制備CoMoO4納米片自組裝柱陣列，然后再利用電化學聚合技術(shù)將聚吡咯包覆在CoMoO4納米片自組裝柱陣列上。通過XRD和FTIR表征聚吡咯包覆CoMoO

3、4復合材料物相，SEM測試發(fā)現(xiàn)復合材料呈現(xiàn)出納米級厚度的聚吡咯完整一體地包覆在CoMoO4柱陣列上。將復合材料組裝成三電極體系測試它的贗電容性能發(fā)現(xiàn)，在電流密度為200 mA g-1的條件下，聚吡咯包覆CoMoO4復合材料比電容為1195 F g-1，高于未包覆CoMoO4的1173 F g-1，充放電循環(huán)3000次后，聚吡咯包覆CoMoO4復合材料的比電容(1024 F g-1)仍保持初始值的85.7％，而未包覆CoMoO4僅剩余52

4、％。聚吡咯包覆CoMoO4材料表現(xiàn)出更高的比容量，更小的內(nèi)阻，在充放電過程中的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。
　　(2)采用兩步水熱法在泡沫鎳基底上直接生長NiCo2S4納米管陣列，然后使用電化學聚合技術(shù)在NiCo2S4納米管陣列上包覆聚吡咯。通過XRD和FTIR測試分別表征復合材料的物相，SEM和TEM測試揭示了復合材料呈現(xiàn)出8nm聚吡咯層完整地包覆在NiCo2S4納米管陣列上。將復合材料組裝成三電極體系測試它的贗電容性能發(fā)現(xiàn)，聚吡咯包覆NiC

5、o2S4復合材料的放電比電容與未包覆的相比從1242 F g-1增長到1493 F g-1，增加了20％。在倍率性能測試中，電流密度為24 mA cm-2時，聚吡咯包覆NiCo2S4復合材料的平均比電容達到了未包覆的2倍。當電流密度從大電流回歸到1 mA cm-2時，聚吡咯包覆NiCo2S4的平均比電容達到了初始容量的98％，即1605 F g-1，而未包覆的保持率只有82％。所制備復合材料作為超級電容器電極材料具有較高的比容量，良好的

6、倍率性能和電化學穩(wěn)定性。
　　(3)本文還研究了聚吡咯包覆CoMoO4和聚吡咯包覆NiCo2S4作為鋰離子電池陽極材料的電化學儲能性能。在0.2 C電流密度下，聚吡咯包覆CoMoO4復合材料的比容量達到了1084 mAh g-1，比未包覆的CoMoO4材料比容量高22％。在0.2C電流密度下，100個循環(huán)后聚吡咯包覆NiCo2S4納米管陣列復合材料比容量保持率為85％，未包覆的NiCo2S4材料保持率為65％。聚吡咯的包覆可以提高