论文部分内容阅读
随着能源的过度开发和利用,人类已经开始面临着严峻的能源危机,因此开发和使用稳定的新能源迫在眉睫。鉴此,研究者们纷纷在研究着拥有高容量的电极材料。超级电容器作为一种高效储能装置被广泛应用于电子、航空和通信等领域。金属钠丰富的自然资源储量和低成本使得钠离子电池在电动汽车上的实际应用也开始成为人们关注的热点。MnCo2S4（MCS）和NiCo2S4（NCS）因其独特的纳米构型、制备方法多样化、良好的氧化还原特性以及成本低廉等优点已经引起了国内外研究者的关注。然而文献报道的MCS和NCS的合成工艺较为复杂,材料的微观结构演变的机理不是很清楚。基于此,本论文以泡沫镍为基底,采用一步水热法制备具有自支撑作用的MCS和NCS,通过精细调控制备过程的工艺参数对其结构进行控制、分析其形成机制,并将其应用于超级电容器和钠离子电池,期望获得电化学性能良好的电极材料。本文的主要研究内容如下:（1）采用硝酸锰（或硝酸镍）、硝酸钴为原料,硫脲为矿化剂,泡沫镍为基底,通过一步水热法得到具有自支撑作用的MCS和NCS,并系统考察了水热反应时间和金属盐浓度对纳米材料形貌的影响。结果表明,反应时间为5h时,MCS随着金属盐浓度的增加,产物的形貌由管状到片层结构再到花瓣状结构的转变;NCS随着金属盐浓度的增加,产物的形貌由混合结构（立方块体、纳米管、片层）到相互交联的三维网状结构再到连续的花瓣状结构。最后,将所制备的材料用于超级电容器电极材料。当电流密度为10A g-1时,具有管状结构的5MCS-2和混合结构的5NCS-2的比电容分别可以达到2667F g-1和1623F g-1。此外,5MCS-2具有良好的循环稳定性,经过1800次循环后的电容保持率为68%。这些优异的电化学特性归因于样品较高的有效比表面积和较高的电导率。因此,MCS和NCS作为超级电容器电极材料有着可观的发展前景。（2）采用一步水热法在泡沫镍上水热合成MCS,并将其用于钠离子电池的负极材料。通过调控水热反应温度和金属盐浓度,得到性能较优的钠离子电池负极材料。结果表明,反应温度相同时（180℃）,调节金属盐浓度,当Ni/Co比例为10:6时,MCS-6的电化学性能较好。经过倍率测试表明,MCS-6在不同电流密度下的充放电测试后,比容量损失较小。金属盐浓度相同时（10:10）,调节水热反应温度,当温度为120℃时,MCS-120样品的性能较好。电流密度为500 mA g-1时,首圈放电比容量为1129.4 mAh g-1,经过40个循环后,钠离子电池的容量维持在255 mAh g-1,表现出较高的比容量。