柔性基底负载二硫化钼用作钠离子电池和电容器的研究

摘要

本文将碳布基二硫化钼和纸质基二硫化钼，直接作为钠离子电池和钠离子电容器的负极参与到电化学性能测试中，不需要额外的导电剂和粘结剂，为储能器件的应用提供新思路。具体实验为：通过温和的水热的方法，将碳掺杂的二硫化钼颗粒，原位生长在活性碳布或者无尘纸上，经过一定时间和一定温度的热处理之后，作为钠离子电池和钠离子电容器的负极；将商业化的活性炭，负载在金属铝箔或者活性碳布上，分别作为超级电容器和钠离子电容器的正极；并对它们组装成的电化学储能器件的性能展开了一系列的测试和分析。 首先，二硫化钼在钠电储能中具备诸多优势，例如二维层状结构、超薄的厚度、大的层间距以及可转换的相结构等等，本文将碳布基二硫化钼和纸质基二硫化钼分别作为钠离子电池的负极材料，并进行相关的电化学性能测试与分析。在扫描电镜图（SEM）中可以看到，每一根碳纤维上都垂直且无规则地生长着致密的二硫化钼纳米层，即使在经过热处理以后仍然保持了良好的形貌。XRD图谱中，2H相的二硫化钼的（002）峰的位置由14.4 °左移至13.2 °，代表层间距由0.615 nm拓宽至0.678 nm，说明由本实验条件制备出的二硫化钼层间距得到了扩宽。当碳布基二硫化钼（MoS2/C@CC）作为钠离子电池负极时，在1mA cm-2的电流密度下，循环200圈后仍能达到0.226 mAh cm-2的容量，库伦效率可达到95.9 %；而纸质基二硫化钼（MoS2/C@Z）在0.5mA cm-2的电流密度下，循环1400圈后仍然可以有80.5 %的容量保持率。 其次，活性炭的比表面积很大，利用这一优势，将其作为超级电容器的正极材料。具体测试如下：将活性炭分别负载在金属铝箔上（AC）和活性碳布上（AC@CC）,作为钠离子超级电容器的正极；AC超级电容器在0.5A g-1的电流密度下，循环1200圈后仍然有76 %的容量保持率，并且在循环过程中库伦效率一直保持在100 %；AC@CC超级电容器显示，活性炭和纯的空白碳布复合后可以通过协同作用表现出良好的电化学性能。在3 mA cm-2的电流密度下，循环500圈后比电容由0.1 mAh cm-2降到0.06 mAh cm-2，库伦效率为60%。 最后，将MoS2/C@CC分别和AC、AC@CC组装成钠离子电容器。其中，MoS2/C@CC作为电池型负极，AC、AC@CC分别作为电容器型正极。两种不同正极的钠离子电容器均表现出良好的电化学性能。MoS2/C@CC//AC在0.5 mA cm-2电流密度下循环300圈后，库伦效率为64.5 %；MoS2/C@CC//AC@CC在0.5mA cm-2电流密度下循环400圈后，仍然有68.2 %的容量保持率。

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