二硫化钼复合材料制备和电化学性能研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:adongjie
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超级电容器是近些年来新兴起的一种清洁储能装置,因其具有充电时间少、高功率密度及循环寿命好等显著优势,而成为未来各个领域储能装置的首选。电极材料是超级电容器的“心脏”,对超级电容器性能的好坏起着至关重要的作用。二硫化钼,作为电极材料的新起之秀,因具有类似石墨烯的层状结构而被科研人员推向了研究前沿。然而,二硫化钼自身的缺点,如易发生团聚、稳定性较差等严重阻碍着二硫化钼成为理想中的电极材料。通过与其它电极材料的复合,制备不同形貌的复合材料是对二硫化钼进行扬长避短的一种有效途径。1.我们采用水热和原位氧化聚合的分步法制备出了一种“海胆”状的中空MoS2/PANI复合材料,该中空二硫化钼-聚苯胺微球粒径为13μm,比表面积为39.2 m2/g,主要由暴露(100)和(110)晶面的片状二硫化钼和棒状聚苯胺组成。采用三聚氰胺树脂作为模板生成二硫化钼微球,经过煅烧处理除去模板,再经过苯胺的原位氧化聚合便得到中空结构的微球复合材料。中空结构增大了复合材料的比表面积,加快离子在充放电过程中的运动速率,使其能够在高电流密度下充放电时保持较高的电容量。SEM、TEM、XPS和XRD等一系列表征结果表明聚苯胺成功的长在了二硫化钼微球表面,并且由于复合材料所负载的聚苯胺的量不同所表现出的电化学性能略有差异,当加入的二硫化钼和苯胺的质量比为1:2时制备出的复合电极材料展示出最佳的电化学性能。经循环伏安测试,其在扫速为5 mV/s时最大电容量为364 F/g,在10 A/g条件下经过充放电8000圈循环电容量保留率高达85%,在能量密度为23.1 Wh/kg时功率密度达8320 W/kg。组装的对称超级电容器在0.2和0.5 A/g下分别显示出231和139 F/g的高比电容。在1 A/g时经过5000圈的循环测试容量保留率为80.4%,展现了优异的循环稳定性。2.电极材料电化学阻抗值的大小对其电化学性能有着非常重要的影响,因此为了尽可能的减小复合材料的阻值,我们采用碳布作为模板,设计并合成出了CC/MoS2/PANI分层的棒状结构复合材料。对碳布进行处理使其具有一定的亲水性,然后经过水热反应使片状二硫化钼均匀的覆盖在碳布上,最后由苯胺的原位聚合便可得到CC/MoS2/PANI复合材料。SEM、TEM、XPS和XRD等一系列表征结果可知二硫化钼片成功的长在碳布上,聚苯胺成功包裹在二硫化钼上。经电化学测试得到复合材料CC/MoS2/PANI-0.1在1 A/g电流密度下,具有419 F/g的比电容量,在10 A/g电流密度下,经过1000圈充放电循环电容量保留率仍有73%,说明复合材料具有良好导电性和循环稳定性。
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