Co-S材料在堿性溶液中的儲能性能研究.pdf

1、近期研究表明，Co-非金屬復合物(如Co-B、Co-Si、Co-P等)、CoO、CO3O4、Co(OH)，2等Co基材料在堿液中具有良好的儲能性能。作為堿性二次電池負極材料，Co基材料具有較高的放電容量和較好的循環(huán)性能，但是有關(guān)非金屬部分對Co電極的電化學性能的影響機理鮮有報道，而且Co基材料的電化學性能有待進一步提高。作為超級電容器材料，氧化鈷、硫化鈷等也受到廣泛關(guān)注，但對其電化學性能的研究尚不深入。與以上Co基材料類似，Co-s復合

2、物和CoS化合物也體現(xiàn)出良好的電化學性能，且制備簡單、易于控制形貌。
　　 本文將以Co-s材料作為研究對象，研究其作為堿性二次電池負極材料和超級電容器電極材料的電化學性能。
　　 第一部分：Co-S材料作為堿性二次電池負極材料的性能研究
　　 運用簡單混合法、球磨法和水熱法制備了兩種Co-s復合物和兩種CoS化合物。作為堿性二次電池負極材料，Co-S復合物電極的放電容量高達350 mAh g-1，且循環(huán)性能良好

3、，CoS化合物電極的放電容量很低，僅有40 mAh g-1左右。兩者電化學性能差別的主要原因是所含S起的作用不同：復合物材料中的S能提高Co的分散性能，且在電化學反應(yīng)過程中能夠溶解，使電極內(nèi)產(chǎn)生空隙，進一步促進了Co與電解液直接的充分接觸，提高了Co的利用率，使得Co-S復合物材料表現(xiàn)出較好的電化學性能；而CoS化合物材料中的Co以CoS形式存在，即使經(jīng)過多周反應(yīng)，大部分Co仍然不能釋放出來，Co的利用率較低，導致其電化學性能較差。

4、r>　　 運用簡單水熱法制備了系列Co9S8納米片包覆Co顆粒的Co-s復合材料。研究發(fā)現(xiàn)復合材料的比表面積遠遠大于單質(zhì)Co，Co-S材料的最高放電容量達到420.2 mAh g-1，循環(huán)200周后仍保持在410 mAh g-1，單質(zhì)Co的最高放電容量只有214.5 mAh g-1，且衰減嚴重。電化學性能顯著提高的主要原因為復合物材料比表面的增大，以及Co9S8的包覆降低了Co(OH)2向HCoO2-的轉(zhuǎn)化，從而使Co的利用率提高，循

5、環(huán)穩(wěn)定性提高。
　　 運用水熱/溶劑熱法制備了系列由具有分級結(jié)構(gòu)的Co顆粒組裝而成的鏈狀Co，探討了反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度及溶劑對產(chǎn)物形貌的影響。制備的Co的最高放電容量為560 mAh g-1，循環(huán)120周后，放電容量仍保持在480 mAh g-1，經(jīng)過與單質(zhì)硫復合改性后，電化學性能得到進一步提高，Co的鏈狀結(jié)構(gòu)及表面特殊的微納結(jié)構(gòu)都對其性能的提高都起到了重要作用。
　　 第二部分：CoS材料作為超級電容器電極材料的性能研

6、究
　　 采用簡單的溶劑熱法，分別以TAA、CS2和S粉為硫源合成了純度較高、結(jié)晶良好的花狀CoS、花狀CoS1.097和空心球狀的CoS2，研究了反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間和溶劑對產(chǎn)物形貌的影響。作為超級電容器材料，在堿性電解液體系中，CoS、CoS1.097和CoS2均體現(xiàn)出了較好的氧化還原贗電容的特性。
　　 采用兩步法制備Co3S4納米空心球，并成功的合成出Co3S4/rGO復合物。研究發(fā)現(xiàn)，作為超級電容器材料，Co3S

7、4/rGO復合物的最高放電比容量為676.1 Fg-1，經(jīng)過1000周充放電循環(huán)之后仍然維持在610.9 F g-1，容量保持率為90％，性能遠遠優(yōu)于Co384納米空心球。加入石墨烯之后電化學性質(zhì)顯著提高的主要原因是(a)Co3S4納米空心球與石墨烯之間的相互作用提高了納米空心球之間、石墨烯網(wǎng)絡(luò)之間的電子傳導率，有利于提高材料的放電容量及倍率性能；(b)以rGO為基底制備的Co3S4分散性明顯提高，避免了Co3S4納米空心球的團聚，提高