氧化镍、介孔炭的掺杂与电化学性能研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:qy19871120wr
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鉴于氧化镍(NiO)具有理论比容量高,易低温制备的特点和介孔活性炭(MAC)具有发达的孔结构的优点。本文制备了金属镍掺杂NiO复合物(Ni@NiO)、Ni@NiO-MAC复合物以及硫原子掺杂MAC(S-MAC)。通过SEM、EDS、XRD、BET和电化学性能测试的方法等分析手段。研究了Ni@NiO、Ni@NiO-MAC复合物和S-MAC的形貌结构与电化学性能。本文的主要研究内容如下:(1)首先,以C4H6O4Ni·4H2O和Ni(NO32·6H2O为原料,在空气气氛下低温热解制备了Ni@NiO和NiO材料。XRD表明Ni@NiO材料中有金属镍的存在。SEM表明Ni@NiO材料是由较小的纳米颗粒团聚而成。实验结果分析表明:金属Ni的加入提高了NiO材料的导电性,使得Ni@NiO材料具有更加优异的储锂性能,当电压为03 V、电流为0.1 A·g-1时,Ni@NiO材料的首次充电比容量高达827.7mAh·g-1,首次库伦效率为77.1%,远高于NiO材料的首次库伦效率。Ni@NiO材料在0.6 A·g-1的电流密度下首次充电比容量为773 mAh·g-1,经过30次循环后充电比容量为310 mAh·g-1,容量保持率为40.1%。而NiO材料的首次和第30次的充电比容量仅为466.3和137.4 mAh·g-1,容量保持率为29.5%。(2)其次,Ni@NiO材料虽然具有较高的首次充放电比容量和良好的倍率性能,但是循环性能较差。MAC具有发达的孔结构,能够负载Ni@NiO颗粒。本文用MAC吸附醋酸镍溶液,干燥后在空气气氛下低温热解制备Ni@NiO-MAC复合物。SEM结果表征,表明Ni@NiO-MAC复合物中Ni@NiO纳米晶体附着在MAC颗粒上。电化学性能测试表明,Ni@NiO-MAC复合物的比容量在不同电流密度下的比容量均高于Ni@NiO材料。经过300次充放电循环之后,Ni@NiO-MAC复合物的可逆容量为144.7 mAh·g-1。与Ni@NiO材料相比,Ni@NiO-MAC复合物具有更加良好的倍率性能和循环性能。(3)最后,本文对MAC材料进行硫掺杂改性,以Na2SO4为活化剂,经过高温活化处理来制备硫掺杂MAC(S-MAC)。SEM测试分析表明S-MAC材料的颗粒粒径比MAC的小。XRD测试分析证实S-MAC材料为无定型结构炭。EDS测试分析表明,S-MAC材料中S元素和C元素均匀分布。BET分析表明,S-MAC材料的比表面积(2218 m2·g-1)比MAC材料的比表面积(1774 m2·g-1)大。通过电化学性能测试,S-MAC材料表现出更高的可逆比容量和循环性能。S-MAC材料的首次可逆比容量高达1197.2 mAh·g-1,远高于MAC的可逆比容量(698.6 mAh·g-1)。经过300次充放电循环后,可充电容量为955.6 mAh·g-1,容量保持率为72.3%。结果表明,经过Na2SO4高温活化改性不仅使MAC材料具有更发达的孔结构,而且S原子掺杂,创造了更多的储锂活性点,明显提高了储锂容量。
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