高性能柔性钼酸盐复合纳米线电极的制备及其电化学性能的研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:csdn99
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近年来电化学能源存储与转化的研究在可持续、可再生能源领域占有重要地位。柔性便携式电子产品能否得到迅速的发展主要取决能否开发出相应的柔性的高性能的能量储存器件。而对于超级电容器和锂离子电池器件来说,减少容量衰减、提高能量密度及增强倍率性能是目前电化学储能器件发展的主攻方向。因此,合成和设计新型高性能纳米储能材料解决这一关键性难题有效途径。本论文的研究工作主要集中于对一维钼酸盐(钴、镍)纳米线电极材料进行化学复合、性能和结构优化,及对超级电容器和锂离子电池电极材料的电化学性能测试。主要为以下几部分:(1)采用一步水热合成法于高导电性的碳布上直接生长一维钼酸镍纳米线电极材料为超级电容器的电极材料,通过增强电极材料结构的完整性以及电的同一性使得超级电容器具有较好电化学性能。然而,通过进一步阳离子氧化聚合法制备钼酸镍/聚苯胺核壳纳米线复合电极材料,作为超级电容器的电极材料,其电化学性能要明显好于单一钼酸镍纳米线的电极材料。聚苯胺的包覆所形成的核壳结构有效的降低了电极材料的体积膨胀,提高了电极的导电性,增强了纳米线电极材料的循环性能。(2)通过水热法在碳纤维布上制备一种高度有序的CoMoO4纳米线结构,再进一步通过阳离子氧化聚合包覆聚吡咯(PPy)导电聚合物。其中PPy的复合能够缩短电解液离子的扩散路径,增加电解质与活性材料的接触面积。此外,通过一系列的电化学性能研究表明,在电流密度为2 mA cm-2,复合CoMoO4/PPy纳米电极材料的比电容高达1.34 F cm-2 (1340 F g-1),明显好于纯CoMoO4纳米线电极材料(比电容为0.7 F cm-2)。此外,又对电极材料进行全固态超级电容器的组装,采用CoMoO4/PPy/CC作正极,活性炭(AC)为负极,PVA-KOH凝胶作电解液为隔膜的不对称超级电容器进行研究。使得两种组分发生协同作用,为体系提供更优的倍率特性和循环稳定性。(3)在上一部分工作的基础上,利用同样的方法在柔性碳布基体上合成了钼酸钴/聚吡咯纳米复合电极材料,用于组装锂离子电池进行电化学性能测试。对于聚吡咯包覆钼酸钴纳米线所形成的核壳纳米线电极,在电流密度为100mAg-1时,其比容量高达1400-1450 mAh g-1。而对于聚吡咯的复合不仅增加了离子的运输通道,缩短了电解质离子到达活性物质表面的时间,还使得锂离子在嵌入和脱出时,增大钼酸钴纳米线对应变的适应性。使得电极材料具有很好的循环性能。
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