鉍基超級電容器電極材料的制備及電化學(xué)性能研究

1、鉍基超級電容器電極材料的制備及電化學(xué)性能研究隨著化石燃料的過度消耗和生態(tài)環(huán)境的日益惡化 , 人們對可持續(xù)、高效儲能裝置的開發(fā)需求越來越高。在各類電化學(xué)存儲技術(shù)中 , 超級電容器體現(xiàn)出充放電速率快、功率輸出大和循環(huán)穩(wěn)定性高等特點 , 具有廣泛的應(yīng)用前景。就超級電容器而言 , 制備擁有較高比電容及良好倍率性等的電極材料具有十分重要的意義。其中, 鉍基化合物具有空隙結(jié)構(gòu)豐富、介電常數(shù)大、離子傳導(dǎo)率高及環(huán)境友好等特點, 有望能夠應(yīng)用在能量儲存領(lǐng)域。本論文采用簡單的化學(xué)沉淀法或溶劑熱法制備了四種鉍基化合物及其復(fù)合材料作為超級電容器電極材料, 并對其主要成分、微觀形貌及電容行為進行了表征和測試。 主要內(nèi)容

2、如下 : （ 1） 采用簡便的化學(xué)沉淀法在不同水浴溫度下制備了Bi10Co16O38（ BCO） 電極材料, 并探討了水浴溫度對其微觀結(jié)構(gòu)及電容行為的影響。結(jié)果表明，反應(yīng)溫度影響著所制備的BCOM米片的厚度及團聚程度，相對于 其他出現(xiàn)團聚現(xiàn)象的BCOt料，水浴溫度為50 C時制備的BCO-3納米片分布均 勻，且厚度均一。當(dāng)電流密度為1.0 A g-1時，相比于其他BCOH 極,BCO-3電極展現(xiàn)出最高的比容量（932.5 C g-1）。此外,BCO-3電極在電流密度為10.0 A g-1時，其容量保持率為70.8%,表明其具備優(yōu)異的倍率特性。同時, 在電流密度7.0 A g-1 下連續(xù)循環(huán)20

3、00圈后,BCO-3電極的容量保持率為83.4%,說明其具有較長的循環(huán)壽 命。（ 2）在不同水浴溫度下, 通過簡單的化學(xué)沉淀法制備了一系列Bi12NiO19 （BNO材料，并通過電化學(xué)測試優(yōu)選出了最佳反應(yīng)溫度為50 C。隨后，在50 C水浴溫度下制備了 BNO/GB合材料，并討論了 GOI內(nèi)米片的添加量對其形貌和電容行為的影響。結(jié)果表明，具有大比表面積的GOS米片在一定程度上可以調(diào)控BNOI極材料 的形貌，并緩解BNOM料的團聚現(xiàn)象。電流密度為1.0 A g-1 時,BNO/GO-友合電極展現(xiàn)出較高比容量為 925.4 C g-1,明顯高于 GOfe極(93.4 C g-1) 和 BNO-3電

4、極(744.3 C g-1)。止匕外，相對于單一組分電極，GO納米片的加入改善了 BNO/GO-2s合電極的倍 率性和循環(huán)穩(wěn)定性。(3)采用溶劑熱法分另J在相同添加量的 CTAB SDBSffiPVP 作為表面活性劑下制備了一系列 Bi2S3 電極材料。電化學(xué)測試表明，以PVP作為表面活性劑較大程度地改善了Bi2S3-P 電極材料的電化學(xué)性能。隨后, 通過物理表征和電化學(xué)測試討論了 PVP添加量對電極材料的形貌及電化學(xué)性能的影響。FE-SE曲析表明,調(diào)節(jié)PVP勺添力口量可以調(diào)控 Bi2S3 材料的形貌和尺寸。在 PVP的添加量為50.0 mg (4.00 wt% )下制備的Bi2S3-3 材料

5、呈現(xiàn)出納米線組裝的微米級菊花狀結(jié)構(gòu)。另外，在不同PVP添加量下制備Bi2S3電極材料的 電化學(xué)性能存在較大差異。在電流密度為 1.0 A g-1 時,所制備的Bi2S3-3 電極展現(xiàn)出比其他電極更高的比容量(826.6 Cg-1) 。 當(dāng)電流密度增加到 15.0 A g-1 時 ,Bi2S3-3 電極的比容量保持初始值的91.3%。同時,Bi2S3-3 電極在電流密度為 7.0 A g-1下連續(xù)循環(huán)2000圈后展現(xiàn)出優(yōu)良的循環(huán)穩(wěn)定性。(4)通過調(diào)節(jié) CuSW Bi2S3/subq摩爾比，采用一步溶 劑熱法制備了海膽狀 CuS/Bi2S3 (CSBS復(fù)合材料。分 析FE-SEWT知,Bi2S3電

6、極材料呈現(xiàn)出無序的納米片 狀,CuS電極材料顯示出直徑不均勻的微球狀，CSBS-2復(fù)合材料展現(xiàn)出納米線組 裝成大小均一的海膽狀結(jié)構(gòu)。電化學(xué)測試表明，單一組分的CuS和Bi2S3電極在 電流密度為 1.0 A g-1 時，比容量分別為 168.8 C g-1 和 588.3 C g-1,隨著 CuSW Bi2S3 的摩爾 比增加,CSBS復(fù)合電極的比容量先增大后減小。當(dāng)CuSfBi2S3Btt* 4:6 時,所制備的 CSBS-2復(fù)合電極的比 容量最高，可達 848.5 C g-1 。在電流密度為7.0 A g-1下連續(xù)充放電循環(huán)2000圈后,CSBS-2 復(fù)合電極的容量保持率仍高達 83.5%,而CuS和Bi2S3 電極的容量保持率分別為62.4%?口 73.3%,說明CSBS-2s合電極的循環(huán)穩(wěn)定性得 到了較大程度的提高。本論文通過簡單的制備過程合成了一系列鈿基化合物及復(fù) 合材料。電化