Co-S复合电极材料的相关研究进展.ppt

Co-S复合电极材料研究进展 刘辰 吴冰 柴振飞 夏泓玮 王保全 功能复合材料课堂报告 * E 展望 D A 研究背景 C 水热法制备Co9S8 B 石墨烯改性Co9S8 CoS2/ RGO 复合材料 研究背景 镍基碱性二次电池是以碱性溶液作为电解液、镍电极作为正极的电 池体系。根据负极材料的不同，可以分为以下几种，如下表所示： 表1 常见镍基碱性二次电池 Co-S复合材料具有较高的放电容量和较好的循环性能， 且制备简单、形貌易于控制。 研究背景 具有 3d 价电子壳层结构的过渡金属硫化物具有良好的光学，电学，磁学性质，在化学传感器，微电子器件，太阳能电池方面有很多潜在应用 近年来 CoS2作为锂离子二次电池负极材料受到科研工作者的关注 Qinghong Wang 等人以乙醇为溶剂合成空心结构的 CoS2 Wang Yaoming 等人采用高温固相法合成具有多面体结构的 CoS2 Linda Nazar 等人提出过渡金属硫化物（CoS2，FeS2，CuS）可以原位反应制备纳米过渡金属与 Li2S 的复合材料 到目前为止，CoS2作为负极材料应用于锂离子电池领域，并未见报道利用 CoS2原制备纳米金属和硫复合材料应用于锂硫电池正极材料。 1. 石墨烯改性 Co9S8 电极材料 石墨烯改性 Co9S8 电极材料的制备及其储氢性能 Co9S8 -石墨烯储氢材料的 XRD 谱图 石墨烯用量：0.1g Co9S8比石墨烯质量比 4：1，6：1，8：1，10：1 球料比 10：1 设定转速为400rpm和600rpm 球磨时间：4h Co9S8 -石墨烯的 SEM 图像 a)4： 1； b) 6： 1； c) 8： 1； d) 10： 1 400 rpm 下制备电极的循环稳定性和高倍率放电性能曲线 储氢电极材料的放电比容量经过了一个先增后减的过程， 最大放电比容量是在 3 次循环之后达到的,有较好的循环稳定性 放电电流密度升高时，不同配比制得的材料电极的高倍率放电性能均有所下降 因为放电电流密度大时，电极材料中的氢气只能在电极材料表面发生解吸而来不及全部逃离材料内部，导致电极材料的利用率降低，所以电极比容量下降。 2. 水热法制备Co-S电极材料 2.1 制备方法及流程 准确称取 0.249 g CoCl2·6H2O 和 0.228 g硫代乙酰胺，将其溶于35ml去离子水，然后移入50ml反应釜中，在160℃下保持 20 h，冷却后将黑色的产物离心、洗涤、真空干燥 12 h，得到最终样品d。 2.2 水热法制备得到的Co-S材料的表征 图1 Co-S复合物的XRD图谱 表3 Co-S复合物的比表面积和组成 结论： （1）随着S含量的增加，Co的衍射峰强度逐渐降低；从S2、S3和S4的谱图中可以观察到Co9S8的衍射峰，且逐渐增强，但主相仍然是Co。所以推测实验中引入的S以Co9S8的形式存在； （2）S的引入增加了Co-S复合物的比表面积，而且比表面积随着S含量的增多而增大。 样品 成分 比表面积(m2/g) S0 Co 12.32 S1 Co10.05S 21.65 S2 Co6.08S 38.47 S3 Co3.08S 40.85 S4 Co2.10S 45.01 2.3 Co-S材料的形貌特征 图2 样品S0和S2的SEM和TEM图: a-S0，b、c、d-S2 结论：制备的Co-S复合物由颗粒状的Co和Co9S8纳米片组成，Co9S8 纳米片破坏了Co的枝状结构，但是提高了Co粒子的分散性， 从而提高了复合物的比表面积。 图3 S2不同区域的EDS: a-面扫 b-点扫 2.4 材料的电化学性能 图4 Co-S复合材料在100mA/g充放电 电流下的循环放电曲线 图5 S2电极的充放电曲线 结论：S的引入,增大了复合材料的比表面积,即增加材料与电解液 的接触面积,有利于提高Co的利用率；同时Co9S8包覆在 Co/Co(OH)2的表面，降低了Co(OH)2向HCoO2-的转化，因此 材料表现出较好的循环性能；但引入的S含量过多时，会降低 材料的电化学性能。 2.5 材料的电化学性能 图6 S2电极的循环伏安曲线 图7 S2电极循环不同周数后的XRD图谱 S的引入，增大了复合材料的比表面积，即增加材料与电解液的接触面积，有利于提高Co的利用率； 同时Co9S8包覆在Co/Co(OH)2的表面，降低了Co