过渡金属钼化物在锂离子电容器中的研究
随着社会经济的快速发展，传统化石能源的日渐短缺，全球气候的逐渐变暖生态环境日益恶化和人口的急剧增长，开发先进的能源存储系统已经显得越来越重要。锂离子电容器，由于其具有较高的能量密度与功率密度和较长的循环寿命，已经在电动汽车(EV)和插入式混合动力电动汽车(PHEV)领域中引起了广泛关注。在影响储能器件性能的各种因素中，储能电极材料起着关键作用，因此研究开发兼具高能量密度与高功率密度及循环稳定性良好的新型储能材料是人们研究的重点。 本文首先采用强氧化剂对天然石墨进行氧化（Hummer法）制得氧化石墨，然后再通过水热反应制备了氧化钼/石墨烯（G-MoO2）复合材料，利用X射线衍射（XRD），扫描电子显微镜（SEM），透射电子显微镜（TEM）以及热重分析（TG）等分析手段对材料的物理性质进行了表征，并通过循环伏安（CV）、交流阻抗（EIS）、恒流充放电测试（GC）等电化学方法对其在锂离子电容器中的电化学储能性质进行了研究，并对其储锂机理及锂离子迁移动力学行为进行了初步探讨。研究表明，MoO2与石墨烯复合后，有效地抑制了 MoO2颗粒的团聚现象，改善了 MoO2颗粒在充放电过程中由体积膨胀/缩小而引起的脱落；另外，MoO2颗粒附着在石墨烯层间和表面，构筑了强大的离子与电子的混合传输网络，使得其倍率性能得以提高。结果表明：在0.05 A g-1的电流下，G-MoO2锂离子电容器的电极容量达到624 F g-1，且经过500次循环后，容量仍能保持原始容量的91％；即使在高大电流1 A g-1下，其容量仍高达173.2 F g-1，表现出优异的倍率性能；当功率密度为150 W kg-1时，能量密度到达142.6 Wh kg-1，当功率密度继续增大至3000 W kg-1时能量密度仍高达33.2 Wh kg-1。 本文还研究了氮化钼/氮化石墨烯（MoN/NGS）复合材料用于锂离子电容器的性能研究。结果表明，MoN纳米颗粒良好的分散在NGS表面和层间，在0.05 A g-1的电流密度下质量比容量能达到422 F g-1；经过900次充放电循环后，容量保持率在80%以上。当功率密度在150 W kg-1时，能量密度为90 Wh kg-1；而当功率为3000 W kg-1时，能量密度仍保持在32.5 Wh kg-1。这归因于复合材料中的NGS提供了有效的导电网络，并且有效抑制了MoN颗粒的团聚，复合材料的网络结构更有利于离子的快速传输与扩散。
过渡金属钼化物;锂离子电容器;强氧化剂;迁移动力学行为
中国海洋大学
硕士
分析化学
毕彩丰
2013
中文
O614.612;TM53
76
2013-09-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）