電化學和水熱沉積法制備膜電極材料及其電化學性能研究.pdf

1、由于環境的日益惡化、溫室效應的加劇和化石燃料的耗盡，發展新能源產業已經迫在眉睫，其中高性能的能量存儲和轉換材料是關鍵技術之一。超級電容器因其高功率密度、可快速充放電以及循環壽命長等諸多優點受到了廣泛關注。在制備電極材料的過程中通常需要加入粘結劑來增強電極材料與集流體之間的黏附性，但是也會因此而堵塞電極材料的孔道，減少有效孔道面積。為了解決這一問題，本論文利用電化學和水熱沉積法分別在泡沫鎳和鐵片上直接生長制備Ni-MOFs和硫化鐵薄膜電極

2、，在無需添加任何粘結劑的情況下，提高了材料的利用率。本文研究了合成工藝參數與電化學性能之間的關系，為進一步優化工藝參數，改進材料性能提供了科學依據。
　　本論文主要包括以下兩個方面的研究內容:
　　(1)以泡沫鎳為集流體和鎳源，均苯三甲酸為配體，蒸餾水和無水乙醇混合溶液為溶劑，氟化銨為電解質，通過電化學合成法在泡沫鎳基底上直接生長出Ni-MOFs膜電極材料。研究了不同的電化學合成時間、電流密度、溫度和電解液配比對制備Ni-M

3、OFs泡沫鎳薄膜電極的影響，利用X-射線衍射(XRD)，掃描電鏡(SEM)對其進行了結構表征。研究表明，在不單獨加入鎳源的情況下，可以在泡沫鎳孔道中生長一層Ni-MOFs的針狀晶體。負載量隨電化學時間和電流密度的增加而增加。通過循環伏安法，恒流充放電法和電化學阻抗譜技術測試了該電極材料的電化學性能。結果表明:在掃速為10 mV/s時，Ni-MOFs的比電容僅為25.63 F/g。在掃速為10 mV/s下，經過500次循環測試之后電容保持

4、率為63.68％。為了提高材料的比電容，以Ni-MOFs為前驅體，通過高溫處理得到了NiOx/C復合材料，研究了不同的熱解溫度對電極材料性能的影響。Ni-MOFs電極碳化后轉化成為Ni/NiOx/C復合電極材料，碳化溫度為900℃時，所得Ni/NiOx@C復合材料的電化學性能最佳。在掃速為10 mV/s時，碳化樣品的比電容達到224.56 F/g。在掃速為10 mV/s下，經過500次循環測試之后電容保持率為92.83％。優化得到電化學

5、合成的工藝參數為電流密度7 mA/cm2、溫度60℃、時間10h和電解液配比為1∶1。
　　(2)以鐵片作為集流體，FeCl2·4H2O鐵源，分別以H2NCSNH2和C2H5NS為硫源，通過水熱法在鐵片上生長硫化鐵薄膜電極材料。研究了不同硫源、鐵源濃度、水熱溫度和水熱時間對FeS納米片生長的影響，并對該電極材料進行結構表征和電化學性能測試。結果表明，以H2NCSNH2為硫源，水熱溫度在200℃，水熱時間在36h時，合成的FeS納米

6、片結晶性較好，物相單一。在掃速為10 mV/s下，樣品的比電容為66.10F/g。在掃速為10mV/s下，經過1000次循環之后，FeS納米片樣品的電容保持率為89.30％。以C2H5NS為硫源，水熱溫度在165℃，水熱時間在36h時，合成的FeS納米片結晶性較好，物相單一，沒有雜相。在掃速為10 mV/s下，樣品的比電容為65.83 F/g。在掃速為10 mV/s下，經過1000次循環之后，FeS納米片樣品的電容保持率在87.20％。