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超级电容器和锂离子电池由于具备成本低、能量密度高、循环寿命长以及环境友好等一系列优点而受到广泛的关注与研究。高容量的电极材料和合理的电极结构是提高超级电容器电化学性能的关键。MoS2具备丰富的离子价态、较高的理论比容量,在能源存储领域具有广阔的发展前景。然而,MoS2容易团聚,导电性差,为了解决这些问题,将MoS2与具有高电导率的材料进行复合是有效的方法。金属氮化物因其超高的电导率而受到广泛的关注,例如VN、MoN。因此,将其与MoS2复合有望得到电化学性能较好的电极材料。本文中将这几种材料作为负载MoS2的基底,致力于制备出具有较高电化学性能的复合材料。主要研究内容和结论如下:
(1)通过简单的三步法制备VN/MoS2自支撑电极。VN/MoS2-6H在100mVs-1扫描速率下的比电容量为523.1mFcm-2,远高于VN-500(162.2 mF cm-2)、MoS2(226.2 mF cm-2)。另外,将其应用于锂离子电池负极,VN/MoS2-6H的首圈放电容量为6.8mAhcm-2,第二圈放电容量仍有6.16mAhcm-2,在17.0mAcm-2的电流密度下循环500圈后,容量保持率为95%,库伦效率为100%。
(2)采用种子辅助水热后煅烧的方法制备Mo2C基底,并于基底上水热生长MoS2得到Mo2C/MoS2自支撑电极。结果表明,Mo2C呈现出不规则的块状结构,MoS2纳米片则均匀分布在这些块体结构上,有效改善了层状MoS2容易聚集与堆叠的情况。Mo2C/MoS2-2在5mVs-1扫描速率下的比电容量为2160.6mFcm-2,远高于Mo2C(135.6 mF cm-2),在100mVs-1的扫描速率下循环2000圈后,容量保持率为79%。
(3)采用同样的方法制备MoN/Mo2C/MoS2自支撑电极。结果表明,MoN/Mo2C呈现出纳米线结构,MoS2纳米片则均匀分布在纳米线上。MoN/Mo2C/MoS2-3在5mVs-1扫描速率下的比电容量为2432mFcm-2,远高于MoN/Mo2C(305 mF cm-2),在100mVs-1的扫描速率下循环2000圈后,容量保持率为93%,具有较好的循环稳定性。
(1)通过简单的三步法制备VN/MoS2自支撑电极。VN/MoS2-6H在100mVs-1扫描速率下的比电容量为523.1mFcm-2,远高于VN-500(162.2 mF cm-2)、MoS2(226.2 mF cm-2)。另外,将其应用于锂离子电池负极,VN/MoS2-6H的首圈放电容量为6.8mAhcm-2,第二圈放电容量仍有6.16mAhcm-2,在17.0mAcm-2的电流密度下循环500圈后,容量保持率为95%,库伦效率为100%。
(2)采用种子辅助水热后煅烧的方法制备Mo2C基底,并于基底上水热生长MoS2得到Mo2C/MoS2自支撑电极。结果表明,Mo2C呈现出不规则的块状结构,MoS2纳米片则均匀分布在这些块体结构上,有效改善了层状MoS2容易聚集与堆叠的情况。Mo2C/MoS2-2在5mVs-1扫描速率下的比电容量为2160.6mFcm-2,远高于Mo2C(135.6 mF cm-2),在100mVs-1的扫描速率下循环2000圈后,容量保持率为79%。
(3)采用同样的方法制备MoN/Mo2C/MoS2自支撑电极。结果表明,MoN/Mo2C呈现出纳米线结构,MoS2纳米片则均匀分布在纳米线上。MoN/Mo2C/MoS2-3在5mVs-1扫描速率下的比电容量为2432mFcm-2,远高于MoN/Mo2C(305 mF cm-2),在100mVs-1的扫描速率下循环2000圈后,容量保持率为93%,具有较好的循环稳定性。