堿性二次電池新型鐵負(fù)極材料的合成及性能的研究.pdf

1、在能源枯竭與環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重的今天，綠色二次電池作為一種新型高效的能源裝置獲得了與日俱增的關(guān)注。鐵鎳二次電池由于具有循環(huán)性能優(yōu)異、制造成本低、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是未來較具競爭力的化學(xué)電源。當(dāng)前，鐵鎳電池依舊存在充電效率低、極易鈍化、析氣嚴(yán)重、自放電、高倍率性能較差等缺點(diǎn)。因此，在一定程度上制約著其大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)。
　　針對(duì)上述鐵鎳電池存在的缺點(diǎn)，本論文主要進(jìn)行了以下方面的研究:
　　(1)新型FeS@RGO納米復(fù)合

2、材料的合成與研究:
　　通過一個(gè)簡單的環(huán)境友好的直接共沉淀法將FeS納米粒子固定在還原氧化石墨烯納米片上，制備出FeS@RGO納米片復(fù)合材料，并將該新型材料首次用作堿性鐵鎳二次電池負(fù)極材料。形貌表征測試表明，F(xiàn)eS納米粒子均一的、緊密的固定在還原氧化石墨烯納米片的表面上。電性能測試表明，F(xiàn)eS/RGO電極在沒有任何導(dǎo)電添加劑以及具有較高的活性物質(zhì)負(fù)載量（約40 mg cm-2）的條件下，表現(xiàn)出了較好的高倍率充電/放電容量和優(yōu)異的循

3、環(huán)穩(wěn)定性。在較高的充電/放電倍率5C、10C和20 C(6000 mA g-1)下，F(xiàn)eS@RGO電極的放電比容量分別為288 mAh g-1，258mAh g-1和220mAhg-1。值得一提的是，F(xiàn)eS@RGO電極在2C充電/放電倍率下經(jīng)過300次循環(huán)后，容量保持率仍達(dá)到87.6％，表現(xiàn)出超好的循環(huán)性能。FeS@RGO材料的優(yōu)異的電化學(xué)性能主要來源于其具有較高的比表面積，較高的電導(dǎo)率和強(qiáng)健的薄片支撐結(jié)構(gòu)。由于具有快速的充放電能力，F(xiàn)

4、eS@RGO納米復(fù)合材料非常適合作為高性能的堿性二次電池的負(fù)極材料。
　　(2)新型Fe3O4@Ni3S2復(fù)合材料的合成與性能研究:
　　通過簡單的三步法成功地制備出Fe3O4@Ni3S2微球，并將其作為一種新型鐵鎳電池負(fù)極材料。在這種復(fù)合材料中，Ni3S2納米粒子緊密地包裹在Fe3O4微球的表面上。與純的Fe3O4和Fe3O4@NiO微球相比，合成出的Fe3O4@Ni3S2復(fù)合材料表現(xiàn)出更好的高倍率性能。在1200mA g

5、-1較高的放電倍率下Fe3O4@Ni3S2電極的放電比容量為481.2mAhg-1，而純的Fe3O4電極的放電比容量僅為83.7 mAh g-1。此外，相對(duì)于純的Fe3O4材料，F(xiàn)e3O4@Ni3S2也表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。在120mAg-1倍率下，F(xiàn)e3O4@Ni3S2電極經(jīng)過100次循環(huán)后，容量保持率高達(dá)95.1％，然而純的Fe3O4電極的容量保持率僅為52.5％?？梢缘弥?，Ni3S2材料的包覆極大地改善了Fe3O4@Ni3S2電

6、極的電化學(xué)性能。研究表明，Ni3S2涂層作為一個(gè)有益的添加劑，可以明顯阻止Fe(OH)2鈍化膜的形成，進(jìn)而增強(qiáng)電極的電子導(dǎo)電性，提高電極反應(yīng)的可逆性，同時(shí)一定程度上可以抑制鐵負(fù)極析氫反應(yīng)的發(fā)生。由于具有優(yōu)異的電化學(xué)性能，F(xiàn)e3O4@Ni3S2復(fù)合材料將會(huì)是一種很有前途的堿性鐵鎳二次電池的負(fù)極材料。
　　(3)花狀NiS的合成及其對(duì)鐵電極電性能的影響:
　　首先運(yùn)用L-半胱氨酸輔助法合成花狀NiS，并將NiS當(dāng)作添加劑應(yīng)用到鐵

7、鎳二次電池的負(fù)極材料中，研究NiS添加劑對(duì)鐵負(fù)極電化學(xué)性能的影響。與純的四氧化三鐵電極相比，添加NiS的鐵電極表現(xiàn)出較好的高倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性，尤其是添加10％的NiS性能最佳。添加10％的NiS電極在6000mAg-1較高倍率下的放電容量能達(dá)到352.1mAh g-1。并且，在600 mA g-1的倍率下經(jīng)過100次循環(huán)后，其放電容量仍達(dá)到406.2mAhg-1（對(duì)應(yīng)的循環(huán)保持率為80.3％）。初步研究表明，NiS可以用作高效的電極