钴-硫电极材料制备及其电化学储氢性能研究-材料科学与工程专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 Classified Index：TM912.2 Institution Code:10213 U.D.C.：541.136 Security Classification：open Dissertation for the Master Degree in Engineering PREPARATION AND ELECTROCHEMICAL HYDROGEN STORAGE PROPERTIES OF Co-S ELECTRODE MATERIALS Candidate： Hu Baoguo Supervisor： Associate Prof. Qin Wei Academic Degree Applied for： Master of Engineering Speciality： Materials Science and Engineering Affiliation： School of Materials Science and Engineering Date of Defence： July, 2014 Degree-Conferring-Institution： Harbin Institute of Technology 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 摘 要 作为绿色能源的镍氢电池高效环保，为解决传统能源危机，开发负极材料以 提高其储氢性能是关键所在，其中钴基材料凭借其在最大储氢容量、循环稳定性 和高密度电流放电性能方面的良好表现成为了研究重点。本文采用高能球磨法制 备了钴-硫电极材料并用石墨烯改性 Co9S8 制得复合材料，测试了电极材料的电化 学储氢性能。通过运用 X 射线衍射分析、扫描电镜和透射电镜等分析测试手段研 究了球磨参数对于产物成分、形貌、结构和储氢性能的影响，并通过循环伏安法 和 XPS 初步探讨了电极材料的电化学储氢机理。 采用高能球磨法制备出了储氢性能表现优秀的钴-硫电极材料，并研究了球磨 转速和配比对于储氢性能的影响。结果表明，在球磨转速为 600 rpm、钴硫摩尔配 比为 1：0.5 的参数条件下制备出的纯立方相 Co9S8 电化学储氢性能表现优秀，最 大储氢容量可达 1.79 wt%，循环稳定性好，高电流密度下最大储氢性能可以保持 60%以上的水平。进一步采用石墨烯改性球磨制备了 Co9S8-石墨烯复合材料，主要 研究不同的质量配比对于电极材料储氢性能的影响，发现在球磨转速为 400 rpm、 Co9S8 与石墨烯质量比为 4：1 的条件下复合出的 Co9S8-石墨烯电极材料具有最佳 的电化学储氢性能，其最大储氢容量可达 3.73 wt%，与 Co9S8 相比，提高幅度达 1 倍以上。此外研究了球磨时间对钴-硫电极材料的影响规律，结果表明产物衍射峰 随时间延长得到尖锐和强化，出现了高能晶面，促进了晶化过程。 本文采用电化学工作站对 Co9S8 进行了循环伏安测试，初步研究了钴-硫电极 材料的电化学储氢机制。研究结果表明，Co9S8 是通过向氢化物和固溶体的转变以 及表面吸附来实现储氢的。改性后的 Co9S8-石墨烯储氢材料是利用 Co9S8 向氢化物 的转变以及石墨烯的特殊空隙结构来实现储氢的。循环充放电过程中的粉化现象 和电解液腐蚀是造成储氢容量下降的主要原因。 关键词：高能球磨；钴-硫电极材料；石墨烯；电化学储氢性能 I Abstract As a kind of green source, nickel-metal hydride is environmentally friendly and large capacity. In order to solve tradional source crisis, the development of negative electrode materials to increase the hydrogen storage property is the key link. Naturally, cobalt-based electrode materials turn out to be outstanding among various hydrogen storage materials and are brought into focus for its high hydrogen storage, cycling stability and high ratio discharge property. In this paper, firstly, ball-milling method are used to preparing Co-S electrode m