镍钴基微纳米材料的可控制备及电化学性能研究.pdf

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1、镍/钴基微纳米材料的可控制备及电化学性能研究邢家超2015年1月中图分类号：TM911.1UDC分类号：544.6镍/钴基微纳米材料的可控制备及电化学性能研究作者姓名邢家超学院名称机电学院指导教师焦清介教授答辩委员会主席汪晓东教授申请学位工学硕士学科专业化学工程与技术学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月ControlledSynthesisofNickel/Cobalt-basedMicro/NanomaterialsandTheirElectrochemicalPerformanceCandid

2、ateName:JiaochaoXingSchoolorDepartment:MechatronicalEngineeringFacultyMentor:Prof.QingjieJiaoChair,ThesisCommittee:Prof.XiaodongWangDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor:ChemicalEngineeringandTechnologyDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence:J

3、anuary,2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要为适应现代先进武器系统的进一步发展，高性能军用化学电源的研制已成为一项重要的课题。近几十年来，研究

4、学者在不断地追求更高能量密度、更高功率密度和更高安全性的化学电源。热电池因其大功率放电能力强、激活迅速及结构紧凑等突出优势已成为现代武器理想的电源之一，而超级电容器因充放电速率快和功率密度大等特点在军用电源中的地位不断扩大。作为化学电源的关键组成部分，电极材料对电化学性能的影响至关重要。其中，镍/钴基微纳米材料越来越受到关注，由于其具有较高的电化学活性，较大的比表面积，被认为是当今最有前途的电极材料之一。首先，针对热电池正极材料NiCl2制备工艺复杂、设备苛刻、形貌与颗粒大小不可控等缺陷，本文采用简单、快速的重

5、结晶法成功制备了纳米棒状的NiCl2晶体，探索了NiCl2微观结构与其电化学性能之间的关系。结果表明，纳米结构的NiCl2有利-1-1于热电池放电性能的提升，在电流密度为0.424Ag时，能量密度为249.43Whkg，-1功率密度为9.45kWkg，与块状NiCl2相比，分别提高了15.8%和2.4%。此外，本文首次将易溶于水的NiCl2晶体作为电极材料应用于超级电容器中，探索了其电荷储存-机理，即NiCl2经原位化学反应生成Ni(OH)2后，其电化学活性被激活，在OH参与下通过Ni(OH)2和NiOOH的相

6、互转化储能或释放能量。其次，本文采用简单的一步水热法成功制备了形貌规则的CoS2八面体晶体，提出了八面体形貌CoS2晶体的生长机理：生长-自团聚-奥斯特瓦尔德熟化。本文首次将八面体形貌的CoS2晶体作为电极活性物质应用于超级电容器中，系统地研究了其电-1-1化学性能。结果表明，在电流密度为1Ag时，比电容为236.5Fg，2000次循环充放电后的比电容损失率仅为7.4%，循环性能优异，具有很好的实际应用前景。最后，为进一步提高CoS2的比电容，进而提高其能量密度和功率密度，本文首次以一水柠檬酸和乙醇胺复合体系为

7、螯合剂，通过水热法成功制备了三种不同形貌的具有分级结构的CoS2多孔微球，讨论了螯合剂体系中乙醇胺的添加量对CoS2形貌的影响规律，探索了不同形貌CoS2作为超级电容器电极材料的电化学性能。结果表明，2-1由超薄纳米片自组装而成CoS2多孔微球比表面积最大（66.416mg），且孔径分布适宜（约为2~5nm），这种独特的纳米分级结构有利于电极表面与电解液的充分接触，-1-1缩短了电子传导和离子扩散距离，其比电容最高（718.7Fg@1Ag），倍率性能优I北京理工大学硕士学位论文异，循环稳定性好。本实验中采用的螯

8、合剂辅助的水热法，可推广到其它金属硫化物新型微纳米材料的设计与合成，以满足各类应用的需求，如能源储存、催化等等。关键词：氯化镍；二硫化钴；储能材料；热电池；超级电容器；电化学II北京理工大学硕士学位论文AbstractInordertoadapttothefurtherdevelopmentofthemodernadvancedweaponsystems,theresearchofhi