层状双金属氢氧化物及其衍生物用作铝离子电池正极材料的研究

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 0次 | 上传用户:chenanji
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铝离子电池作为一种新型的二次电池,具有成本低廉,安全性高以及高的理论容量的特点,因此被认为是极具前景的新型储能器件。但是目前已有的报道中,研究人员主要集中在碳材料,金属氧化物以及金属硫化物等,这些材料在放电容量或是循环稳定性方面都有待提高。层状双金属氢氧化物(LDH)是一种典型的二维材料,由于其特殊的层状结构以及独有的结构可调性,使其在储能和电催化领域有着广泛的应用。本文首先制备了水平堆叠的六边形状Ni,Co-OH,然后通过静电自组装的方法制备了Ni,Co-OH@r GO,其在100 m A g-1电流密度下的首次放电容量可以达到123.7 m A h g-1,经过100次循环之后,材料的放电容量为105.2 m A h g-1,容量保持率为85%,每次循环仅衰减0.15%,展现出了优异的循环稳定性。r GO的存在一方面提高了电极材料的导电性,有利于电解液离子的传输,此外r GO的包裹也可以进一步提高Ni,Co-OH的结构稳定性,缓解在充放电过程中造成的体积膨胀或结构坍塌。为了进一步提升材料的电化学性能,制备了以LDH材料为前驱体的S-Ni Co、S-Ni Al和S-Co Al三种金属硫化物,经过硫化之后不仅可以保持LDH的片状结构,并且呈现出纳米片层相互交叉的三维结构,有利于电解液离子的传输过程。电化学测试表明,三种硫化物中,S-Ni Co的循环稳定性最佳,在100次充放电循环之后,放电容量仍可以保持在42.4 m A h g-1,这可能是由于在S-Ni Co材料中,镍离子和钴离子的共存为氧化还原反应提供更多的活性位点,使得其在经过几十个充放电循环后仍然可以提供能够参与反应的金属活性离子。在确定S-Ni Co性能优异之后,通过在制备Ni Co-LDH的过程中加入氧化石墨烯,便可得到在r GO表面垂直生长的Ni Co-LDH材料,然后经过S化得到S-Ni Co@r GO,S-Ni Co@r GO拥有更加优异的性能,该材料在1 A g-1电流密度下的首次放电容量为248m A h g-1,在经过100次充放电后其放电容量仍可以维持在83 m A h g-1,要远高于S-Ni Co的42.4 m A h g-1,这主要归功于r GO的存在以及材料片层形成的相互交叉的三维纳米结构,都有利于电解液离子的传输,并且r GO的存在也可以缓解硫化物在电解液中的溶解以及限制S-Ni Co在充放电过程中的体积膨胀,从而提高材料的电化学性能。
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