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1、鎳/鈷基微納米材料的可控制備及電化學(xué)性能研究邢家超2015年1月中圖分類號(hào)：TM911.1UDC分類號(hào)：544.6鎳/鈷基微納米材料的可控制備及電化學(xué)性能研究作者姓名邢家超學(xué)院名稱機(jī)電學(xué)院指導(dǎo)教師焦清介教授答辯委員會(huì)主席汪曉東教授申請(qǐng)學(xué)位工學(xué)碩士學(xué)科專業(yè)化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)位授予單位北京理工大學(xué)論文答辯日期2015年1月ControlledSynthesisofNickel/Cobalt-basedMicro/NanomaterialsandTheirElectrochemicalPerformanceCandid
2、ateName:JiaochaoXingSchoolorDepartment:MechatronicalEngineeringFacultyMentor:Prof.QingjieJiaoChair,ThesisCommittee:Prof.XiaodongWangDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor:ChemicalEngineeringandTechnologyDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence:J
3、anuary,2015研究成果聲明本人鄭重聲明：所提交的學(xué)位論文是我本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作獲得的研究成果。盡我所知，文中除特別標(biāo)注和致謝的地方外，學(xué)位論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的研究成果，也不包含為獲得北京理工大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書所使用過(guò)的材料。與我一同工作的合作者對(duì)此研究工作所做的任何貢獻(xiàn)均已在學(xué)位論文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。特此申明。簽名：日期：北京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要為適應(yīng)現(xiàn)代先進(jìn)武器系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展，高性能軍用化學(xué)電源的研制已成為一項(xiàng)重要的課題。近幾十年來(lái)，研究
4、學(xué)者在不斷地追求更高能量密度、更高功率密度和更高安全性的化學(xué)電源。熱電池因其大功率放電能力強(qiáng)、激活迅速及結(jié)構(gòu)緊湊等突出優(yōu)勢(shì)已成為現(xiàn)代武器理想的電源之一，而超級(jí)電容器因充放電速率快和功率密度大等特點(diǎn)在軍用電源中的地位不斷擴(kuò)大。作為化學(xué)電源的關(guān)鍵組成部分，電極材料對(duì)電化學(xué)性能的影響至關(guān)重要。其中，鎳/鈷基微納米材料越來(lái)越受到關(guān)注，由于其具有較高的電化學(xué)活性，較大的比表面積，被認(rèn)為是當(dāng)今最有前途的電極材料之一。首先，針對(duì)熱電池正極材料NiCl2制備工藝復(fù)雜、設(shè)備苛刻、形貌與顆粒大小不可控等缺陷，本文采用簡(jiǎn)單、快速的重
5、結(jié)晶法成功制備了納米棒狀的NiCl2晶體，探索了NiCl2微觀結(jié)構(gòu)與其電化學(xué)性能之間的關(guān)系。結(jié)果表明，納米結(jié)構(gòu)的NiCl2有利-1-1于熱電池放電性能的提升，在電流密度為0.424Ag時(shí)，能量密度為249.43Whkg，-1功率密度為9.45kWkg，與塊狀NiCl2相比，分別提高了15.8%和2.4%。此外，本文首次將易溶于水的NiCl2晶體作為電極材料應(yīng)用于超級(jí)電容器中，探索了其電荷儲(chǔ)存-機(jī)理，即NiCl2經(jīng)原位化學(xué)反應(yīng)生成Ni(OH)2后，其電化學(xué)活性被激活，在OH參與下通過(guò)Ni(OH)2和NiOOH的相
6、互轉(zhuǎn)化儲(chǔ)能或釋放能量。其次，本文采用簡(jiǎn)單的一步水熱法成功制備了形貌規(guī)則的CoS2八面體晶體，提出了八面體形貌CoS2晶體的生長(zhǎng)機(jī)理：生長(zhǎng)-自團(tuán)聚-奧斯特瓦爾德熟化。本文首次將八面體形貌的CoS2晶體作為電極活性物質(zhì)應(yīng)用于超級(jí)電容器中，系統(tǒng)地研究了其電-1-1化學(xué)性能。結(jié)果表明，在電流密度為1Ag時(shí)，比電容為236.5Fg，2000次循環(huán)充放電后的比電容損失率僅為7.4%，循環(huán)性能優(yōu)異，具有很好的實(shí)際應(yīng)用前景。最后，為進(jìn)一步提高CoS2的比電容，進(jìn)而提高其能量密度和功率密度，本文首次以一水檸檬酸和乙醇胺復(fù)合體系為
7、螯合劑，通過(guò)水熱法成功制備了三種不同形貌的具有分級(jí)結(jié)構(gòu)的CoS2多孔微球，討論了螯合劑體系中乙醇胺的添加量對(duì)CoS2形貌的影響規(guī)律，探索了不同形貌CoS2作為超級(jí)電容器電極材料的電化學(xué)性能。結(jié)果表明，2-1由超薄納米片自組裝而成CoS2多孔微球比表面積最大（66.416mg），且孔徑分布適宜（約為2~5nm），這種獨(dú)特的納米分級(jí)結(jié)構(gòu)有利于電極表面與電解液的充分接觸，-1-1縮短了電子傳導(dǎo)和離子擴(kuò)散距離，其比電容最高（718.7Fg@1Ag），倍率性能優(yōu)I北京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文異，循環(huán)穩(wěn)定性好。本實(shí)驗(yàn)中采用的螯
8、合劑輔助的水熱法，可推廣到其它金屬硫化物新型微納米材料的設(shè)計(jì)與合成，以滿足各類應(yīng)用的需求，如能源儲(chǔ)存、催化等等。關(guān)鍵詞：氯化鎳；二硫化鈷；儲(chǔ)能材料；熱電池；超級(jí)電容器；電化學(xué)II北京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文AbstractInordertoadapttothefurtherdevelopmentofthemodernadvancedweaponsystems,theresearchofhi
