【摘 要】
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近年来,碱性固态电池作为一种新型储能装置,因其成本低、安全性好、对环境友好而受到广泛关注。遗憾的是,适合碱性储能的负极材料种类很少。过渡金属在碱性系统中表现出很高的电化学活性,铁的氢氧化物/氧化物/硫化物已被证明是适合碱性能源存储的负极材料。迄今为止,人们已经对各种铁基材料进行了研究,目前铁基电极的主要问题是:由于在充放电过程中导电性和结构稳定性较差,其电化学性能和循环性能不能令人满意。此外,相关
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近年来,碱性固态电池作为一种新型储能装置,因其成本低、安全性好、对环境友好而受到广泛关注。遗憾的是,适合碱性储能的负极材料种类很少。过渡金属在碱性系统中表现出很高的电化学活性,铁的氢氧化物/氧化物/硫化物已被证明是适合碱性能源存储的负极材料。迄今为止,人们已经对各种铁基材料进行了研究,目前铁基电极的主要问题是:由于在充放电过程中导电性和结构稳定性较差,其电化学性能和循环性能不能令人满意。此外,相关研究通常在低质量负荷下获得超高的质量比容量,导致低面积比容量。然而,在商业应用中,高面积比容量也是一个重要参数。为了解决上述问题,设计具有高质量负载的铁基自支撑电极,并通过电极的结构来优化质量负载是一个可行的策略。本实验主要以泡沫铁为基体,合成产品均为纳米片状的FeS,改善了铁基材料的电化学性能,研究内容和结论如下:（1）以泡沫铁（FeF）为基体,采用电化学活化的方法在泡沫铁上原位生长出FeS（E-FeS@FeF）薄膜,该样品是由许多薄片组成的花状结构相互交联形成,这种纳米薄片的结构可以增加反应的活性位点。在50 mA cm-2的电流密度下,面积比容量可以达到5.39 mAh cm-2。在经历1500次的循环后,能维持4.66 mAh cm-2的比容量,表明电极优异的循坏稳定性。组装的E-FeS@FeF//NiO@NF碱性固态电池在面积功率密度为480 W m-2时可提供高达49.73 Wh m-2面积能量密度,这种电化学活化的方法也适用于其他过渡金属。（2）以泡沫铁（FeF）为基体,采用简单的水热法在泡沫铁表面原位生长出高质量负载、高活性的FeS,命名为H-FeS@FeF。大尺寸的纳米薄片竖直向上且相互交联,竖直方向的结构有利于电极和电解质之间的接触,并为快速电荷转移提供有效的通道,从而优化了电化学性能。在电流密度为50 mA cm-2时,可以获得31.74 mAh cm-2的面积比容量。在250 mA cm-2的大电流密度下,能维持90.83%的初始容量,电极表现出良好的稳定性。组装的H-FeS@FeF//NiO@NF碱性固态电池在面积功率密度为500 W m-2时可提供高达300.7 Wh m-2面积能量密度,远远优于先前所报道的铁基碱性电池。
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