模板炭基金屬氧化物復(fù)合電極材料的制備及其性能研究.pdf

1、近些年來，模板炭材料因其具備可調(diào)節(jié)的孔徑結(jié)構(gòu)，較高的比表面積等特點而被廣泛應(yīng)用于電化學(xué)電容器電極材料。模板法制備多孔炭材料通常包括制備模板、碳源引入、碳源有機(jī)物聚合、高溫碳化、去除模板等一系列比較復(fù)雜的過程，或者采用商業(yè)化的模板材料（省去模板的制備過程），但這又進(jìn)一步增加了材料實驗室制備的成本。本課題以廉價易得的天然沸石為模板，麥芽糖為碳源，制備得到孔隙結(jié)構(gòu)豐富的天然沸石模板炭材料，為了提高材料的電化學(xué)性能，進(jìn)一步制備得到了模板炭/金屬

2、氧化物復(fù)合材料并對其物理性能和電化學(xué)性能進(jìn)行研究。
　　以酸化處理的天然沸石為模板，麥芽糖為碳源制備得到了多孔模板炭材料(NZMC-18(6)-700-3）。采用冷場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、X射線衍射(XRD)、N2吸附/脫附測試等對其結(jié)構(gòu)與形貌進(jìn)行表征。結(jié)果表明，制備得到的炭材料為片層狀且含有豐富的納米級孔徑，比表面積和總孔容分別為1076.9 m2·g-1和1.46 cm3·g-1。隨后電化

3、學(xué)測試表明材料具有較為優(yōu)異的電荷儲存能力，在電流密度為600 mA·g-1時，材料比電容值可達(dá)175.6F·g-1;750次循環(huán)之后材料比電容衰減僅為5.5％，說明材料具有優(yōu)異的循環(huán)壽命。
　　低溫反應(yīng)體系中，采用化學(xué)沉淀法制備得到了一系列結(jié)構(gòu)疏松的層狀NZMC-18(6)-700-3/Co3O4復(fù)合材料。同時，對不同煅燒溫度下得到的復(fù)合材料的性能進(jìn)行了研究。電化學(xué)測試結(jié)果表明，該復(fù)合材料具有較為優(yōu)異的電荷儲存能力。當(dāng)煅燒溫度為2

4、50℃，Co3O4計算復(fù)合量為95 wt.％，電流密度為15 mA· cm-2時，恒電流充放電測試結(jié)果表明材料比電容值為462.34 F·g-1。
　　控制反應(yīng)溫度在20±1℃，以NiSO4·6H2O為鎳源，NH3·H2O為沉淀劑，然后經(jīng)高溫煅燒制備得到孔隙豐富的珊瑚狀NZMC-18(6)-700-3/NiO復(fù)合電極材料。N2吸附/脫附測試表明，材料的比表面積達(dá)193.6 m2·g-1。電化學(xué)測試表明，當(dāng)NiO計算復(fù)合量為80 w

5、t.％，煅燒溫度為350℃，電流密度為10 mA· cm-2時，復(fù)合材料電極的比電容為1294.2 F·g-1。
　　在本研究中制備得到了NZMC-18(6)-700-3/MnOx，并考察了反應(yīng)溫度對MnOx形貌的影響，煅燒溫度以及錳的復(fù)合量對復(fù)合材料電化學(xué)性能的影響。FESEM測試表明，當(dāng)反應(yīng)溫度為20℃時MnOx及NZMC-18(6)-700-3/MnOx復(fù)合材料具有球狀結(jié)構(gòu)。恒電流充放電測試結(jié)果表明，當(dāng)MnOx復(fù)合量為80

6、wt.％，煅燒溫度為400℃，電流密度為5 mA· cm-2時，復(fù)合材料電極的比電容值492.4F·g-1;當(dāng)電流密度為25 mA· cm-2時，經(jīng)過1500次循環(huán)后復(fù)合材料的比電容保留率達(dá)70.7％。
　　本課題，采用了一種新穎的碳源（麥芽糖）應(yīng)用于模板炭材料的制備工藝中，豐富了模板法制備炭材料的碳源選擇種類。同時，天然沸石模板的選取降低了模板炭材料的制備成本。以該介孔炭材料為基體，在低溫反應(yīng)體系中，制備得到了具有金屬氧化物和炭