硫化钴及其复合材料的制备与电化学性能研究

作     者：韩庆华 

作者单位：燕山大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李媛;关凤禹

授予年度：2022年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：超级电容器 氧化还原反应 电化学性能 水热法 过渡金属硫化物 

摘      要：为了满足大动力电源、移动通讯等高新技术的发展需求,具有高功率密度、快速充放电的超级电容器应运而生。超级电容器的主要部件有:电极材料、电解液、隔膜、集流体等,其中电化学性能主要取决于电极材料。硫化钴以高理论容量与低成本等优点被认为是有潜力的超级电容器电极材料。为了减少颗粒团聚,使其充分进行氧化-还原反应与增强其导电性,本文研究了制备条件及引入金属离子对硫化钴电极微观结构与电化学性能的影响。研究了水热反应时间、温度的变化对硫化钴的物相结构、微观形貌与电化学性能的影响。反应时间、温度的变化并不会影响物质的种类,只会影响其形貌。反应温度过低、时间过短会使材料的结构生长出现后滞;相对应的,温度过高、时间过长则会导致材料大量聚集成块。XRD表明,160 ℃下水热反应8 h,得到CoS-160℃样品晶体缺陷较多,有利于电化学性能的提高。CoS-160 ℃是薄片叠加而成的“花状结构,比表面积相对较大,有利于电解质运输及电化学性能提高。电化学测试表明,当电流密度为1 A g时,CoS-160 ℃的比电容为583.2 F g,循环10000圈后,容量保持率为91.3%。通过一步水热法合成铁钴前驱体,温度为180 ℃,反应24 h得到球状铁钴前驱体。当前驱体与硫粉的摩尔比为3:7时进行硫化,产物为复合物CoS·FeS,记为FeCoS。双金属硫化物FeCoS的电化学性能优于单金属硫化物及相应过渡金属组成的氧化物。当电流密度为1 A g时,FeCoS的电化学容量为1034 F g。即使电流密度增大为原来的10倍,电化学容量仍可达到198 F g。这是因为Fe离子、Co离子间的协同作用改善了电极材料的电化学性能。