基于硼化钴的结晶-非晶异质相材料的电化学性能研究
作为超级电容器的电极材料，双金属氧化物具有比单金属氧化物更高的电化学活性，能够进行多重法拉第反应，因此具有较高的理论比容量。然而，受低电导率的限制，其实际比容量比理论值低得多，尤其是在高电流密度下，电子传输缓慢，进而影响其倍率性能。为了解决此问题，提出了一种结晶-非晶异质相工程策略。当两种结晶程度不同的材料复合后，会形成结晶-非晶异质相界面，一方面，可以改善电子传输层和电极-电解质之间的欧姆接触，提供更多的电化学活性位点，促进离子扩散和电子传输；另一方面，非晶相具有无序排列的结构缺陷，可以有效地适应氧化还原过程中的体积变化，有利于提高比容量。基于以上讨论，本文旨在以Co-B材料为非晶相，分别以CoMoO4、NiMoO4、Co3V2O8、Ni3V2O8、CoWO4和NiWO4为结晶相，构筑了一系列结晶-非晶异质相复合纳米材料，进而研究其电化学性能。主要研究内容和研究结果如下： 采用水浴法分别合成了CoMoO4、NiMoO4、Co3V2O8、Ni3V2O8，采用水热法合成了CoWO4、NiWO4，进一步采用液相还原法，依次合成了CoMoO4/Co-B棒状混合结构、NiMoO4@Co-B棒状核壳结构、Co3V2O8@Co-B球状核壳结构、Ni3V2O8@Co-B球状核壳结构、CoWO4/Co-B复合纳米结构以及NiWO4/Co-B复合纳米结构，并且调节了结晶相与非晶相的比例。单电极电化学性能表明，在6MKOH电解液中，合成的最佳结晶-非晶质量比的CoMoO4/Co-B、NiMoO4@Co-B、Co3V2O8@Co-B、Ni3V2O8@Co-B、CoWO4/Co-B以及NiWO4/Co-B电极材料在0.5Ag-1下分别展现出436、2025、552、1789、430以及319Fg-1的比容量，均高于相同测试条件下的对应的双金属氧化物(CoMoO4：202Fg-1、NiMoO4：1004Fg-1、Co3V2O8：321Fg-1、Ni3V2O8：1232Fg-1、CoWO4：137Fg-1、NiWO4：182Fg-1)。电流密度从0.5Ag-1增至10Ag-1时，CoMoO4/Co-B、NiMoO4@Co-B、Co3V2O8@Co-B、Ni3V2O8@Co-B、CoWO4/Co-B以及NiWO4/Co-B电极材料的容量保持率分别为66%、86%、67%、63%、66%以及73%，除CoMoO4/Co-B外，均高于对应的双金属氧化物(CoMoO4：77%、NiMoO4：46%、Co3V2O8：64%、Ni3V2O8：38%、CoWO4：66%、NiWO4：51%)。组装的结晶-非晶异质相复合材料//活性炭混合型超级电容器也均展现出了优异的比容量、功率密度和能量密度。 此外，还探究了加入不同质量的活性炭导电添加剂对Co-B电极电化学性能的影响。单电极电化学测试结果表明，在0.5Ag-1的电流密度下，合成的最佳Co-B-活性炭具有412Fg-1的比容量，高于Co-B的276Fg-1的比容量。电流密度从0.5Ag-1增至10Ag-1时，展现出75%的倍率性能。组装的Co-B-活性炭复合材料//活性炭混合型超级电容器也具有优异的电化学性能。 通过以上研究内容，我们初步证明了构筑结晶-非晶异质相有助于提高电极材料的比容量和倍率性能，并且电极材料的形貌结构在一定程度上也会影响电化学性能。此外，也可以拓展合成其他类型的结晶-非晶相材料应用于储能领域。
异质相材料;硼化钴;结晶相;复合纳米结构;电化学性能
兰州理工大学
硕士
材料物理与化学
孔令斌
2021
中文
TM242
2021-11-11（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）