釩氧化物-碳納米管復(fù)合材料的電化學(xué)性能研究.pdf

1、電極材料作為高能化學(xué)電源的核心部件，決定著電池的輸出功率、電池效率、成本及應(yīng)用前景。因此，對(duì)電極材料的相關(guān)研究是提高高能化學(xué)電源性能的關(guān)鍵。本論文結(jié)合釩氧化物和CNTs的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用水熱法、溶膠凝膠法制備釩氧化物(VOx)/CNTs納米復(fù)合材料，通過(guò)改變反應(yīng)條件來(lái)實(shí)現(xiàn)納米復(fù)合材料的可控生長(zhǎng)，進(jìn)而調(diào)節(jié)納米材料的各項(xiàng)基本性能。同時(shí)，在不同的反應(yīng)條件下，對(duì)不同的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行分析可以確定納米材料的生長(zhǎng)機(jī)理和電化學(xué)性能。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下

2、:
　　 CNTs與VOx的摩爾比對(duì)納米復(fù)合材料的生成影響顯著。隨著CNTs含量的增加，生成的VOx納米材料晶體結(jié)構(gòu)的有序度增加;隨著水熱反應(yīng)時(shí)間的增長(zhǎng)，氧化釩的物相從V2O5向V3O7·H2O轉(zhuǎn)變。SEM及TEM圖像表明VOx/CNTs納米復(fù)合材料具有交織互穿結(jié)構(gòu)，其中VOx納米線(xiàn)長(zhǎng)度在幾十微米左右，直徑在100 nm左右，CNTs的長(zhǎng)度在幾微米左右，其直徑為20-40nm之間。復(fù)合材料的形成機(jī)理為:CNTs上的羥基與羧基誘發(fā)

3、氧化釩溶膠粒子的自組裝生長(zhǎng)，并成核生長(zhǎng)成一維納米結(jié)構(gòu)，當(dāng)氧化釩物相生長(zhǎng)到一定長(zhǎng)度時(shí)發(fā)生脫離，從而形成了VOx納米結(jié)構(gòu)與CNTs相對(duì)獨(dú)立，整體纏繞交織的結(jié)構(gòu)。
　　 將VOx/CNTs納米復(fù)合材料作為電池電極材料進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試時(shí)，其電壓在2.7V左右出現(xiàn)一個(gè)較長(zhǎng)的充放電平臺(tái)，充、放電電壓平臺(tái)差值為0.15V，50次循環(huán)后該平臺(tái)幾乎沒(méi)有變化;其首次放電容量為187.8mAh/g，50次后循環(huán)后容量保持率為93.1％;高倍率充放性能研

4、究結(jié)果表明，在1.2 A/g放電倍率下，容量維持在50 mAh/g，而當(dāng)放電倍率降到200 mAh/g時(shí)，電池的充放電容量能夠維持在150mAh/g。電化學(xué)阻抗結(jié)果表明，在放電平臺(tái)電壓附近，復(fù)合材料的界面電荷轉(zhuǎn)移容易，能穩(wěn)定勻速地進(jìn)行鋰離子的嵌入或脫出。
　　 將V3O7·H2O/CNTs納米復(fù)合材料作為超級(jí)電容器電極材料，進(jìn)行電容特性研究，結(jié)果表明，納米復(fù)合材料電極在KNO3和Na2SO4電解液中均能表現(xiàn)出雙電層電容和贗電容的