镍基磷化物—碳复合材料的制备及电化学储能性能研究

来源 :中国地质大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:xia226
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随着世界范围内可再生能源的高效利用和电动汽车市场的迅速扩张,可充电电池/电容器技术,特别是超级电容器和碱金属离子电池的重要性稳步提高。在过去的几年中,超级电容器(SCs)、锂离子电池(LIBs)和钠离子电池(SIBs)作为当代三种重要的电化学储能器件,具有高功率密度、高循环寿命等优点,能够满足特定的应用需求。当下,锂离子电池已经占领了便携式电子产品市场,如手表、手机和笔记本电脑等,它们也被确定为电动汽车和固定式能量储存的首选能源。过渡金属基材料由于在超级电容器电化学过程中涉及法拉第电荷的转移过程,因而能储存比碳材料更多的能量。本论文以过渡金属化合物为研究基础,结合不同结构的先进的碳材料,利用不同的磷化工艺,制备了含碳的镍-磷金属化合物复合材料,并研究了其作为不同储能器件电极材料的性能。在添加碳材料的同时,也研究了其他掺杂元素、表面改性等其他增强电化学性能的方法对金属磷化物电化学性能的影响。具体研究内容如下:(1)通过一步溶剂热磷化反应和超声工艺,制备了磷化镍-镍@氮掺杂碳@石墨烯复合材料(Ni2P-Ni@NC@G)。在用作超级电容器电极材料时表现出了卓越的电化学性能,在1 A·g-1的电流密度下比电容达到了2334.5 F·g-1,经过3000次充放电循环复合材料的容量保持率96%以上。(2)进一步的,采用CNT作为导电添加剂,CTAB改性复合方法,制备出了CTAB改性磷化镍@羧基活化碳纳米管复合材料(Ni2P@ACNT(CTAB))。作为电池型SCs电极材料,不但能作为超级电容器材料,作为LIBs阳极材料,在电流密度为0.2 A·g-1时经过320次循环,其比容量仍达到1475 mAh·g-1。(3)进一步的,由于Ni2P材料具有两个不同位置的金属原子位,制备双金属Ni-P系材料进一步增强其电化学性能。首先制备过渡金属氧化物,进而再磷化再与GO在溶液中自组装后还原得到O-NiCoP@rGO复合材料。在1 A·g-1的电流密度下O-NiCoP@rGO电极可提供1663.2 F·g-1的比电容。
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