VOx、VS2三維納米材料的制備及其超電容性能研究.pdf

1、超級(jí)電容器具有高功率密度、充放電速度快、循環(huán)壽命長等特點(diǎn)，是一種極具潛力的儲(chǔ)能元件，受到研究者的廣泛關(guān)注。電極材料是超級(jí)電容器的重要部分，決定著電容器的電化學(xué)性能。釩基材料因其理論比容量高、資源豐富、價(jià)格相對(duì)低廉等優(yōu)點(diǎn)，是一種理想的超級(jí)電容器電極材料。但常見釩基材料導(dǎo)電性差致使超級(jí)電容器比容量偏低、結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定而導(dǎo)致其循環(huán)穩(wěn)定性差，限制了釩基材料的應(yīng)用。本文將常見釩基材料構(gòu)筑為三維（3D）結(jié)構(gòu)，同時(shí)摻入電導(dǎo)率高的物質(zhì)，以提高材料電化學(xué)性能

2、，從而提高材料的超電容性能。主要研究內(nèi)容如下：
　　本文采用水熱法將商品化V2O5粉末制備為3D納米材料。通過SEM形貌表征發(fā)現(xiàn)，該納米材料是由納米短棒組裝而成，形成了如珊瑚狀的形貌。XRD和FT-IR等分析表明，產(chǎn)物成分是V2O5。氮吸附儀測(cè)得該材料的比表面積高達(dá)42.6 m2/g，平均孔徑為18 nm。電化學(xué)性能測(cè)試表明，V2O5納米珊瑚在電流密度為0.3 A/g時(shí)比容量高達(dá)414 F/g；充放電循環(huán)3000次后還能保持約70

3、%的比容量。
　　本文通過溶膠-凝膠法與水熱法聯(lián)用，合成了層次化的VOx納米微球，其含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為86.2 wt%的V6O13和13.8 wt%的VO2。V6O13具有金屬特性，室溫下具有良好導(dǎo)電性，因此顯著提高了VOx納米微球的電化學(xué)性能。VO2納米片以V6O13納米帶為骨架超枝化生長，形成了一種富有層次化納米微球，直徑約為5μm，內(nèi)部疏松多孔。其比表面積高達(dá)51 m2/g，平均孔徑為16 nm，屬于介孔范圍。將VOx納米微球組

4、裝為對(duì)稱型超級(jí)電容器，其比容量在電流密度為0.6 A/g時(shí)高達(dá)456 F/g（3.09 F/cm3），能量密度高達(dá)22.8 Wh/kg（0.16 mWh/cm3），最大功率密度可達(dá)1.2 kW/kg；循環(huán)穩(wěn)定性良好，循環(huán)2000次后仍可保持初始比容量的65%。
　　本文以十二水原釩酸納（Na3VO4·12H2O）和硫代乙酰胺（C2H5NS）為原料，采用水熱法合成了三維納米材料——VS2納米花。通過研究不同原料質(zhì)量之比、前驅(qū)體中原料

5、的質(zhì)量濃度、水熱溫度等對(duì)材料形貌的影響規(guī)律，得到了合成 VS2納米片微球的最佳條件：Na3VO4·12H2O與C2H5NS質(zhì)量比為1:3、原料在前驅(qū)體溶液中的濃度0.12 g/mL、水熱溫度為140℃。該納米花是由VS2納米片通過褶皺卷曲而形成的。將其作為超級(jí)電容器電極材料時(shí)，在電流密度為0.3 A/g時(shí)VS2納米花的比容量可達(dá)211 F/g；在電流密度增大到1.0 A/g時(shí)比容量還能保持74%，說明該材料倍率性能較高。但該材料循環(huán)性能