鈷鎳基材料在堿性溶液中的儲(chǔ)能性能研究.pdf

1、近年來，一些Co-X(如Co-B、Co-Si、Co-P、Co-S、Co-BN等)材料被發(fā)現(xiàn)在堿性體系中具有較高的放電容量和較好的循環(huán)穩(wěn)定性。非活性部分溶解在電解液堿性KOH溶液中，在原有的鈷顆粒間形成了大量的空隙，這有利于增大材料與電解液的接觸面積，提高了電化學(xué)反應(yīng)的效率，進(jìn)而對(duì)純Co電極的電化學(xué)性能改善起到了非常重要的作用。非金屬元素Se具有與上述B、Si、P、S等相似的性質(zhì)，可以溶解在堿性電解液中，且它的導(dǎo)電性較好，是一種傳統(tǒng)的半導(dǎo)

2、體材料，可以推測(cè)它在電化學(xué)方面具有和上述元素相似的功用，但是目前關(guān)于Se在鎳基堿性二次電池中的應(yīng)用卻未見報(bào)道。
　　本文采用化學(xué)還原法制備了Co-Se復(fù)合物，并將其用作堿性二次電池負(fù)極材料。放電電流密度為50mAg-1時(shí)其放電容量高達(dá)380 mAh g-1，且循環(huán)穩(wěn)定性良好:130周后，放電容量依然達(dá)到356.5 mAh g-1，放電容量保持率在93.62％。同等條件下Co電極的放電容量只有130 mAh g-1。這主要是由于復(fù)合

3、物中的Se提高了Co的分散性能，同時(shí)Se在電化學(xué)反應(yīng)過程中逐漸溶解，使電極內(nèi)產(chǎn)生空隙，增加了Co與電解液接觸的面積，提高了電化學(xué)反應(yīng)的效率，進(jìn)而提高了Co的利用率。對(duì)Se在此過程中的作用和反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了深入探究。
　　采用物理球磨的方法制備Co-Se-C復(fù)合材料并將其用作鎳基堿性二次電池負(fù)極材料。加入的Se和CNTs較大程度的提高了Co的放電容量，最大放電比容量達(dá)到450 mAh g-1，同時(shí)材料的活化周期明顯縮短。這主要是由于S

4、e和CNTs的協(xié)同作用，Se的溶解增加了電極活性物質(zhì)與電解液的接觸;而CNTs的引入增加了材料的導(dǎo)電性和韌性。
　　Co3O4是一種P型半導(dǎo)體，且其中Co的價(jià)態(tài)較高，是一種潛在的多電子反應(yīng)電極材料，我們預(yù)測(cè)它和CoO、Co(OH)2等一樣，有望在鎳基堿性二次電池中應(yīng)用。
　　本文中采用溶解熱和高溫煅燒兩步法制備了不同形貌的Co3O4，并將其用作堿性二次電池負(fù)極材料。在100 mA g-1的電流密度下，多面體Co3O4最高放電

5、容量能夠達(dá)到399.9 mAh g-1。繼續(xù)采用降低前驅(qū)體煅燒溫度的方法，使得材料的比表面積增大，最大放電容量提高至490.2 mAh g-1，且循環(huán)穩(wěn)定性良好。對(duì)Co3O4電極在充放電過程中的電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)Co3O4在充電過程中先轉(zhuǎn)化成Co(OH)2，然后繼續(xù)轉(zhuǎn)化成Co。放電容量主要來源于Co(OH)2與Co的轉(zhuǎn)化。
　　鎳鈷氧化物/氫氧化物等由于具有較高的理論放電比容量、價(jià)格低廉、電化學(xué)氧化還原可逆性好等優(yōu)點(diǎn)成

6、為較有前途的新型超級(jí)電容器材料，目前雖然相關(guān)報(bào)道較多，但是關(guān)于材料的特殊形貌制備和性能研究尚不成體系。本文將以Co3O4、α-Ni(OH)2材料作為研究對(duì)象，研究其作為超級(jí)電容器電極材料的電化學(xué)性能。
　　采用碳球模板法一步低溫水熱合成空心Co3O4微米球。系統(tǒng)研究了在140℃較低溫度下前軀體的碳化過程。同時(shí)也考察了反應(yīng)物濃度、反應(yīng)時(shí)間等因素對(duì)碳球尺寸、厚度等的影響。采用500℃空氣煅燒得到純度較高的空心Co3O4微米球。研究了C

7、o3O4的比表面積、孔徑等對(duì)電化學(xué)性能的影響。由于材料具有較大的比表面積和較合適的孔徑，在被用作電容器材料時(shí)顯示了較高的比電容和優(yōu)異的循環(huán)性能。
　　利用不同的醇和水作混合溶劑，采用溶劑熱法制備了不同形貌和比表面積的α-Ni(OH)2。研究了醇的物理性質(zhì)對(duì)材料形貌的影響。當(dāng)用二縮三乙二醇和水做混合溶劑時(shí)，制備的納米線堆積的α-Ni(OH)2微米球比表面積達(dá)到318.6 m2g-1。在未復(fù)合其他材料的情況下，其放電比容量達(dá)到1788