MoS2电化学储能性能的研究

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MoS2作为一种结构类似石墨烯的二维材料,表现出许多优异的物化特性,可观的比表面积,优良的储锂性能等。这种具有类石墨烯和纳米管结构的非碳无机类富勒烯纳米化合物,将成为继石墨烯和碳纳米管后又一极为重要和崭新的科学研究领域,有望在纳米电子学、纳米技术、催化、能源和高性能的复合材料等领域具有广泛的应用前景。本文以单层硫化钼材料的制备为基础,结合硫化钼与超级电容器以及锂离子电池的研究,以硫化钼作为电极材料,对基于MoS2电极材料的超级电容器的储能性能和以MoS2做负极材料的锂离子电池的储锂性能展开研究,分析MoS2作为电极材料的电化学储能性能。本文主要研究内容包括以下几个方面:(1)采用化学插层剥离的方法研究了单层硫化钼的制备工艺,得到了单层或少层的片状硫化钼。通过X射线衍射分析、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等表征方法对样品进行测量。(2)通过高能球磨法制备了两组材料:(1)硫化钼、(2)硫化钼/石墨,从对球磨后,材料的X射线衍射分析可知,球磨过程对材料的结构影响效果不明显。但在掺杂石墨的硫化钼/石墨复合材料中,硫化钼的特征峰峰值减弱,构型发生变化。由扫描电子显微镜观察可看出,球磨后,粉末的粒度减小,但随着球磨时间的加长,会出现团聚现象。通过充放电测试发现,MoS2球磨处理后比容量达854.871mAh/g,略小于原始材料931.94mAh/g,可见球磨处理对材料的容量提升效果不明显。掺杂石墨球磨后比容量为925mAh/g,可见掺杂材料对MoS2比容量的提升有一定提高。(3)通过电极涂布制备硫化钼超级电容器电极,经电化学测试分析发现,硫化钼是一种性能优良的电极材料,循环可逆性强,稳定性好,在6mol/L氢氧化钾电解质中测得的比容量达0.11F/g。(4)采用电泳沉积的方法制超级电容器电极,通过电化学测试证明,电泳沉积法制备的电极比容量有大幅度提高,在6mol/L氢氧化钾电解液中,测得的比容量为0.3184F/g,容量较涂布法制备电极几乎提升三倍。同时,我们采用铜片为基板,以相同条件进行沉积制备电极。测试后发现,器件可逆性差,有赝电容行为。铜片本身对电极影响较大。基于这一测试结果,我们又进行了在不同沉积时间的的条件下,对器件影响的比对,实验证明,材料过多的沉积反而不会提高器件的整体性能。
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