Co-S材料在堿性溶液中的儲(chǔ)能性能研究.pdf

1、近期研究表明，Co-非金屬?gòu)?fù)合物(如Co-B、Co-Si、Co-P等)、CoO、CO3O4、Co(OH)，2等Co基材料在堿液中具有良好的儲(chǔ)能性能。作為堿性二次電池負(fù)極材料，Co基材料具有較高的放電容量和較好的循環(huán)性能，但是有關(guān)非金屬部分對(duì)Co電極的電化學(xué)性能的影響機(jī)理鮮有報(bào)道，而且Co基材料的電化學(xué)性能有待進(jìn)一步提高。作為超級(jí)電容器材料，氧化鈷、硫化鈷等也受到廣泛關(guān)注，但對(duì)其電化學(xué)性能的研究尚不深入。與以上Co基材料類(lèi)似，Co-s復(fù)合

2、物和CoS化合物也體現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能，且制備簡(jiǎn)單、易于控制形貌。
　　 本文將以Co-s材料作為研究對(duì)象，研究其作為堿性二次電池負(fù)極材料和超級(jí)電容器電極材料的電化學(xué)性能。
　　 第一部分：Co-S材料作為堿性二次電池負(fù)極材料的性能研究
　　 運(yùn)用簡(jiǎn)單混合法、球磨法和水熱法制備了兩種Co-s復(fù)合物和兩種CoS化合物。作為堿性二次電池負(fù)極材料，Co-S復(fù)合物電極的放電容量高達(dá)350 mAh g-1，且循環(huán)性能良好

3、，CoS化合物電極的放電容量很低，僅有40 mAh g-1左右。兩者電化學(xué)性能差別的主要原因是所含S起的作用不同：復(fù)合物材料中的S能提高Co的分散性能，且在電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中能夠溶解，使電極內(nèi)產(chǎn)生空隙，進(jìn)一步促進(jìn)了Co與電解液直接的充分接觸，提高了Co的利用率，使得Co-S復(fù)合物材料表現(xiàn)出較好的電化學(xué)性能；而CoS化合物材料中的Co以CoS形式存在，即使經(jīng)過(guò)多周反應(yīng)，大部分Co仍然不能釋放出來(lái)，Co的利用率較低，導(dǎo)致其電化學(xué)性能較差。

4、r>　　 運(yùn)用簡(jiǎn)單水熱法制備了系列Co9S8納米片包覆Co顆粒的Co-s復(fù)合材料。研究發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料的比表面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單質(zhì)Co，Co-S材料的最高放電容量達(dá)到420.2 mAh g-1，循環(huán)200周后仍保持在410 mAh g-1，單質(zhì)Co的最高放電容量只有214.5 mAh g-1，且衰減嚴(yán)重。電化學(xué)性能顯著提高的主要原因?yàn)閺?fù)合物材料比表面的增大，以及Co9S8的包覆降低了Co(OH)2向HCoO2-的轉(zhuǎn)化，從而使Co的利用率提高，循

5、環(huán)穩(wěn)定性提高。
　　 運(yùn)用水熱/溶劑熱法制備了系列由具有分級(jí)結(jié)構(gòu)的Co顆粒組裝而成的鏈狀Co，探討了反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度及溶劑對(duì)產(chǎn)物形貌的影響。制備的Co的最高放電容量為560 mAh g-1，循環(huán)120周后，放電容量仍保持在480 mAh g-1，經(jīng)過(guò)與單質(zhì)硫復(fù)合改性后，電化學(xué)性能得到進(jìn)一步提高，Co的鏈狀結(jié)構(gòu)及表面特殊的微納結(jié)構(gòu)都對(duì)其性能的提高都起到了重要作用。
　　 第二部分：CoS材料作為超級(jí)電容器電極材料的性能研

6、究
　　 采用簡(jiǎn)單的溶劑熱法，分別以TAA、CS2和S粉為硫源合成了純度較高、結(jié)晶良好的花狀CoS、花狀CoS1.097和空心球狀的CoS2，研究了反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間和溶劑對(duì)產(chǎn)物形貌的影響。作為超級(jí)電容器材料，在堿性電解液體系中，CoS、CoS1.097和CoS2均體現(xiàn)出了較好的氧化還原贗電容的特性。
　　 采用兩步法制備Co3S4納米空心球，并成功的合成出Co3S4/rGO復(fù)合物。研究發(fā)現(xiàn)，作為超級(jí)電容器材料，Co3S

7、4/rGO復(fù)合物的最高放電比容量為676.1 Fg-1，經(jīng)過(guò)1000周充放電循環(huán)之后仍然維持在610.9 F g-1，容量保持率為90％，性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于Co384納米空心球。加入石墨烯之后電化學(xué)性質(zhì)顯著提高的主要原因是(a)Co3S4納米空心球與石墨烯之間的相互作用提高了納米空心球之間、石墨烯網(wǎng)絡(luò)之間的電子傳導(dǎo)率，有利于提高材料的放電容量及倍率性能；(b)以rGO為基底制備的Co3S4分散性明顯提高，避免了Co3S4納米空心球的團(tuán)聚，提高