Co3O4复合材料MPCVD法制备及电化学性能研究

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:nihaoyuyue2009
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随着人类社会的发展,能源危机也日益加剧,人们开始着力开发新的储能器件。超级电容器作为一种新型能源器件,由于其具有较优越的快速充放电性能、良好的循环稳定性以及环保无污染等特点,使得它在电力、交通运输、工业与机械以及其他领域中得到了广泛的运用。而电极材料作为超级电容器的核心构成,受到了科学家们的极度重视。本课题利用微波等离子体化学气相沉积技术,制备基于Co3O4粉体的复合电极材料,并对实验结果进行了多种检测分析,主要得到以下结论:(1)采用微波等离子体刻蚀法对多孔Co3O4球形粉末进行加工处理。通过分析的结果表明,等离子体蚀刻可以在材料表面创造丰富的氧空位,并可通过调节元素价态比从而改善其电化学活性。实验加工后的粉体作为一种电活性材料具有良好的赝电容特性。其比电容量随着加工时间的延长先逐渐升高后趋于平稳。经过一定时间处理后Co3O4粉体的比电容量可以达到128 F·g-1,为原材料的2.4倍,且具有良好的循环稳定性,可以在连续4000个周期循环后保持96.3%的初始电容。(2)通过微波等离子体化学气相沉积方法,在多孔球形Co3O4粉末表面包覆导电性能优良的石墨烯壳层。并利用微波等离子体中的活化物质蚀刻来调控原子的价态比和制造氧空位,以增强原料的电化学性质。实验结果表明,当MPCVD中Ar、H2与CH4的体积比例为9:10:1而沉积10 min时粉体表面的石墨烯层质量最好。Co3O4@Gr复合材料具有典型的赝电容特性,的比电容为192.8 F·g-1,在电流密度为10 A·g-1的20000次循环后,容量保持率达到98.5%。从而验证了通过MPCVD法在Co3O4表面包覆石墨烯壳层,是一种有效的提升材料电化学性能的方法。(3)通过溶解混合的方法在Co3O4粉体表面包裹前驱体,之后利用MPCVD,在球形Co3O4粉体表面合成MoS2纳米片层,从而制备出具有较高电化学性能的核壳结构Co3O4@MoS2复合材料。通过一系列分析检测手段证实Co3O4粉体表面MoS2的成功合成,并研究了其表面形貌、成分结构及元素价态。通过循环伏安法与恒电流充放电法检验其超级电容器性能。分析检测结果表明,Co3O4内核与MoS2壳层的协同作用有效提高了材料的电化学性能,Co3O4@MoS2复合材料比电容量最高可以达到337 F·g-1,且具有优良的倍率性能与循环稳定性。
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