多维VS2纳米材料的制备及其超电容性能研究

来源 :重庆大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jeffyi2009
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
能源存储对国民经济发展与人们生产生活具有举足轻重的作用。超级电容器是一类新型储能元件,因其具备高功率密度、快速充放电、循环寿命长等优点而受到广泛关注。当前商品化超级电容器的比容量与能量密度偏低,因而亟待研发具有高比表面积、高导电性的电极材料提升超级电容器的储电性能。钒元素价态丰富、理论比容量高,二硫化钒(VS2)作为典型的过渡族金属硫化物更兼具金属般导电性,成为潜在的理想电极材料。针对此,本文首先制备三维VS2纳米花并研究其电化学性能,再以其为原料制备二维VS2纳米片并进行电化学性能表征;最后探索以工业提钒液为原料制备三维VS2纳米花,同时考察产物的电化学性能,为建立短流程钒基电极材料制备技术奠定基础。主要研究内容如下:本文以商品化钒盐为原料,采用溶剂热法制备了三维VS2纳米花,弯曲、褶皱的纳米片有效地避免了片层堆积,有利于暴露出更多活性位点,三维VS2纳米花粒径约为2μm,比表面积高达20.9 m~2/g,平均孔径为17.5 nm。对三维VS2纳米花的生长机理进行了探索,研究表明反应温度、反应物料浓度、硫代乙酰胺的添加量对材料的微观形貌有着重要的影响。将材料组装成对称型超级电容器,在0.8 A/g的电流密度下能够实现391 F/g比容量,对应的能量密度为44 Wh/kg,经过2000次循环后还能保持初始比容量的92.4%。本文首次采用表面活性剂辅助超声剥离法制备了二维VS2纳米片,纳米片的平面尺寸介于500 nm~2μm,厚度介于2 nm~3 nm,对应的层数为4~5层,剥离过程中并没有发生物相的改变。对二维VS2纳米片的剥离机理进行了探索,研究表明超声功率、表面活性剂种类、表面活性剂浓度、原料浓度对剥离质量与效率有着重要的影响。将材料组装成柔性超级电容器,在0.5 m A/cm~2的电流密度下实现了623 m F/cm~2的面积比容量。本文以工业钠化浸出液为钒源,采用溶剂热法短流程制备了三维VS2纳米材料,样品由2~3μm纳米花以及少量纳米微球组成,比表面积为2.78 m~2/g。研究了浸出液中杂质硅、钒浓度,原料摩尔比以及反应温度对样品的影响规律。将材料组装成三电极系统,在0.5 A/g的电流密度下实现了113.75 F/g比容量。
其他文献
高熵合金作为近年来快速发展起来的新型金属材料,在晶体结构上倾向于形成简单的FCC或BCC固溶体相。其独特的晶体结构使得多主元高熵合金呈现出许多特殊的优异性能,如高强度,高室温韧性,以及优异的耐磨损、抗氧化、耐腐蚀和热稳定性等,在航空航天、深海探测、工业制造等领域有非常大的应用潜力。但目前高熵合金制备工艺多采用液相法制备,存在能耗高、低沸点金属易挥发、合金元素易偏析、产生缩松缩孔等问题。本研究提出熔
学位
氢能具有能量密度高,绿色可循环等优点,被认为是作为清洁能源的理想选择,已经引起了广泛的关注和研究。固态储氢材料MgH2具有很高的重量储氢密度(7.6 wt.%)且吸放氢过程可逆,是目前新型储氢材料的研究热点。但其存在热力学性质稳定,放氢动力学缓慢等缺点。众多MgH2储氢性能的改性方法中,反应物失稳法是一种有效的改性策略。本文综述了国内外储氢材料研究进展的,选取镁基复合储氢体系为研究对象,运用X射线
学位
镁及其合金凭借低密度,优异的比强度和比刚度,以及卓越的阻尼性能,在航天、交通运输、电子医疗器件等领域拥有较大的应用前景。作为结构金属件安全使用的前提,就需要保证相关材料的长期使用寿命,所以金属材料在动态载荷下的疲劳性能成为关注的重点。其中,疲劳损伤被认为是微观裂纹萌生的主要来源,而不同的加载状态以及施加不同的应变幅值都对材料变形模式(位错滑移和孪生)与断裂模式有着不同的作用,这也将影响材料最终的裂
学位
近年来,有害元素在烧结和高炉冶炼过程的影响愈见突出,不仅仅是个别元素的作用,而是多种有害元素的综合影响,如K、Na、Pb、Zn和Cl等。高炉内有害元素主要由炉料带入,我国高炉入炉料又以烧结矿为主。因此,开展烧结过程有害元素循环作用和脱除规律机理研究具有十分重要的意义。本文通过理论计算结合实际生产数据,研究了有害元素在烧结生产中的来源与迁移平衡。通过烧结杯实验和微烧结实验,研究了烧结过程有害元素脱除
学位
钒是世界公认的稀有资源和重要战略资源。钒钛磁铁矿是最主要的提钒原料。我国提钒企业多采取高炉-转炉流程从钒钛磁铁矿中提取钒,其中钒渣作为提钒过程的中间产物,是进一步生产金属钒和钒化合物的重要原料。基于目前最成熟的钒渣钠化焙烧-水浸提钒工艺的要求,钒渣中的CaO含量极低。转炉提钒时不能加入含CaO的物料造渣,导致在炼钢转炉上普遍应用的溅渣护炉操作无法实施,严重降低了提钒转炉炉龄。在不能加入CaO的前提
学位
高炉炼铁涵盖了众多复杂且连续化的物理、化学过程,且由于其具有的“黑箱”特性,在实际生产中很难对高炉内部的所有行为进行实时有效地观测。我国是世界上的钢铁生产大国,存在着高能耗、高污染、高排放等问题,钢铁行业的能源消耗达到国民经济总能耗的15%。随着我国提出的“碳中和”与“碳达峰”等纲领政策的不断发展,我们亟需对钢铁生产所涉能源进行有效地管控、调度与二次利用,因此将尖端自动化、计算机、AI等技术与传统
学位
随着节能减排和低碳环保概念的提出,汽车轻量化已经成为各大汽车厂的重要发展方向。热镀锌钢是在汽车制造上应用最广泛的材料,锌铝镁镀层钢板作为一种新型防腐涂层板,凭借其优良的耐腐蚀性,耐磨性,低成本等特点,正逐渐替代传统镀锌板。但目前对于锌铝镁板的点焊进行系统研究很少,本文主要以1.4mm厚锌铝镁钢板HC340LAD+ZAM为研究对象,通过设计正交试验,获得锌铝镁HC340LAD+ZAM最佳焊接参数,并
学位
由于铁水脱硫具有热力学优势,铁水预处理脱硫已经是钢铁生产流程不可或缺的一部分。铁水预处理脱硫主要分为机械搅拌法和喷吹法,两者的代表分别为KR搅拌法和镁基复合喷吹法。KR搅拌法脱硫效率高且稳定,但铁损大,温降大;镁基复合喷吹法温降低,铁损低,但是熔池死区大,深脱硫不稳定,镁气泡聚集快速逸出熔池,气体利用率不高。针对镁基复合喷吹法,采用加搅拌桨旋转喷吹的方式,既可以通过搅拌桨形成横向环流,减少速度死区
学位
钒钛磁铁矿是一种含有铁、钛、钒等有益元素的复合矿,其大量地分布在我国的攀枝花-西昌地区、河北承德以及安徽马鞍山地区。根据钒钛磁铁矿矿石中Cr2O3含量的高低,通常将钒钛磁铁矿划分为高铬型钒钛磁铁矿和普通型钒钛磁铁矿。位于我国攀西地区的红铬矿由于矿石中Cr2O3含量较高,属于高铬型钒钛磁铁矿。红铬矿矿石储量高达1.8×10~9t,但是却迟迟未能得到很好地开发利用,主要原因是红铬矿在高炉中冶炼势必会增
学位
钢铁行业作为我国最大的制造业CO2排放源,排放量占全国总排量的15%左右,其向低碳制造转型对实现我国“碳达峰、碳中和”战略具有重大意义。由于废钢资源短缺,目前至未来相当长时间内,我国钢铁生产都将以高炉-转炉流程为主,而高炉炼铁所产生的CO2排放量占全流程70%以上。因此,减少高炉碳排放是实现钢铁行业低碳、绿色发展的必要措施。冶金工作者对高炉炼铁的降碳技术进行了大量的研究,如精料、高风温、富氧鼓风、
学位