鈷基化合物納米棒陣列的制備及其贗電容性能.pdf

1、盡管金屬化合物（金屬氧化物/硫化物/氫氧化物等）材料具有較高的理論能量密度。但是，這類材料較差的導(dǎo)電性導(dǎo)致電極界面電活性低，在高倍率充放電，特別是高活性物質(zhì)負(fù)載量情況下，高能量密度的獲得是以犧牲其功率密度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。同時(shí)，金屬化合物基電極材料在長(zhǎng)時(shí)間的法拉第電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中導(dǎo)致物理化學(xué)性能的改變（結(jié)構(gòu)改變、不可逆產(chǎn)物的產(chǎn)生等），循環(huán)性能較差。為解決電極材料負(fù)載量較低及電極材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定差這兩大問(wèn)題，采用利于電荷傳輸?shù)募{米片、介孔結(jié)構(gòu)、空心結(jié)

2、構(gòu)等作為殼層，與導(dǎo)電性良好的分級(jí)結(jié)構(gòu)有效復(fù)合，設(shè)計(jì)成核殼結(jié)構(gòu)的納米棒陣列結(jié)構(gòu)，不僅可以提高電極材料負(fù)載量，還可以增強(qiáng)納米棒陣列電極材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。本論文的主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　1)利用水熱法制備前驅(qū)物納米陣列，經(jīng)過(guò)后續(xù)煅燒處理形成Cu0.27Co2.73O4納米棒陣列，對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征與電化學(xué)性能測(cè)試。以Cu離子實(shí)現(xiàn)了對(duì)Co3O4晶格的摻雜，形成尺寸均勻，具有多孔結(jié)構(gòu)的Cu0.27Co2.73O4納米棒陣列。組成Cu0.27C

3、o2.73O4納米棒的納米顆粒間及納米棒陣列間所形成的孔道結(jié)構(gòu)與空隙，為電解液離子自由進(jìn)出電極材料提供了良好的通道，降低電化學(xué)阻抗，提高電極材料利用率。在維持較小電壓降的條件下，Cu離子的摻雜使電極電壓窗口提高到0～0.55V，提高率為22％。同時(shí)，Cu0.27Co2.73O4納米棒陣列表現(xiàn)出較高的面積比容量，在電流密度為8.8 mA·cm2的條件下，循環(huán)3000圈，容量可維持在2F·cm-2。
　　2)以Cu0.27Co2.73

4、O4納米棒陣列為模板，負(fù)載納米碳層。經(jīng)過(guò)水熱過(guò)程處理將納米碳層轉(zhuǎn)變?yōu)镸nO2殼層，形成Cu0.27C02.73O4/MnO2復(fù)合納米棒陣列。對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征與電化學(xué)性能測(cè)試。由納米片之間相互搭接形成的分級(jí)結(jié)構(gòu)MnO2殼層與Cu0.27Co2.73O4納米棒很好地復(fù)合，產(chǎn)生協(xié)同作用。在增加電極材料活性物質(zhì)負(fù)載量的同時(shí)，Cu0.27Co2.73O4/MnO2納米陣列的獨(dú)特結(jié)構(gòu)利于電解液離子自由進(jìn)出而降低電化學(xué)阻抗，提高電極材料的利用率，增強(qiáng)

5、電極材料法拉第反應(yīng)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。Cu0.27Co2.73O4/MnO2在電流密度為18.6 mA·cm-2的條件下，穩(wěn)定循環(huán)3000圈，容量維持在4 F·cm-2。循環(huán)容量比Cu0.27Co2.73O4的高一倍，并且循環(huán)穩(wěn)定性、持久性優(yōu)于Cu0.27Co2.73O4。
　　3)利用水熱法，原位合成Co9S8納米棒陣列。以Co9S8為模板，利用其與KMnO4之間的氧化還原反應(yīng)形成MnO2初始層，通過(guò)后續(xù)水熱過(guò)程處理形成MnO2殼層。

6、對(duì)Co9S8/MnO2復(fù)合陣列進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征與電化學(xué)性能測(cè)試。Co9S8較高的電子傳導(dǎo)性以及電化學(xué)活性是Co9S8/MnO2復(fù)合陣列獲得優(yōu)異電化學(xué)性能的前提。MnO2初始層增強(qiáng)了Co9S8和MnO2之間的化學(xué)結(jié)合力。由納米片搭接而成的分級(jí)結(jié)構(gòu)MnO2層有利于改善電解液離子與電極材料的接觸，降低了電化學(xué)阻抗，提高了電極材料的利用率，增加了Co9S8/MnO2復(fù)合納米陣列的容量。5000圈的循環(huán)后，Co9S8/MnO2復(fù)合納米陣列容量接近11