釩氧化物-碳納米管復合材料的電化學性能研究.pdf

1、電極材料作為高能化學電源的核心部件，決定著電池的輸出功率、電池效率、成本及應用前景。因此，對電極材料的相關研究是提高高能化學電源性能的關鍵。本論文結合釩氧化物和CNTs的結構特點，采用水熱法、溶膠凝膠法制備釩氧化物(VOx)/CNTs納米復合材料，通過改變反應條件來實現納米復合材料的可控生長，進而調節納米材料的各項基本性能。同時，在不同的反應條件下，對不同的結構和性能進行分析可以確定納米材料的生長機理和電化學性能。主要研究內容和結果如下

2、:
　　 CNTs與VOx的摩爾比對納米復合材料的生成影響顯著。隨著CNTs含量的增加，生成的VOx納米材料晶體結構的有序度增加;隨著水熱反應時間的增長，氧化釩的物相從V2O5向V3O7·H2O轉變。SEM及TEM圖像表明VOx/CNTs納米復合材料具有交織互穿結構，其中VOx納米線長度在幾十微米左右，直徑在100 nm左右，CNTs的長度在幾微米左右，其直徑為20-40nm之間。復合材料的形成機理為:CNTs上的羥基與羧基誘發

3、氧化釩溶膠粒子的自組裝生長，并成核生長成一維納米結構，當氧化釩物相生長到一定長度時發生脫離，從而形成了VOx納米結構與CNTs相對獨立，整體纏繞交織的結構。
　　 將VOx/CNTs納米復合材料作為電池電極材料進行電化學測試時，其電壓在2.7V左右出現一個較長的充放電平臺，充、放電電壓平臺差值為0.15V，50次循環后該平臺幾乎沒有變化;其首次放電容量為187.8mAh/g，50次后循環后容量保持率為93.1％;高倍率充放性能研

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