钴基双金属氧（硫）化物复合材料的制备及其电化学储能性能研究.pdfVIP

摘要

由于能源消耗过度，环境污染问题日益严峻，全球对可再生能源的渴求变得愈

发迫切。然而，可再生能源的间歇性特点以及受季节变化等因素影响的不稳定性，

使得其难以满足人类持续、稳定的能量需求。因此，开发稳定的电化学储能系统迫

在眉睫。超级电容器具有高功率密度和长循环寿命的特点，其缺点是能量密度较低

和自放电现象严重。碱性锌离子电池因锌负极成本低、储量丰富、无毒、理论容量

高和氧化还原电位低而受到广泛关注。其中，电极材料是影响超级电容器和碱性锌

离子电池性能的重要因素。因此，为了寻找能量密度高、循环性能稳定、可靠的正

极材料进行了大量的实验研究。研究发现，钴基双金属化合物具有低成本和高比容

量的特点，得到了广泛的研究和应用。二元金属钼酸盐（XMoO）因其资源丰富和

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电化学性能优于单一金属氧化物而被广泛研究。值得注意的是，钼酸钴（CoMoO）

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因其储量丰富、催化和电化学性能优异而受到广泛关注。然而，其导电性差导致电

化学动力学缓慢和倍率性能不理想，这阻碍了高性能超级电容器和碱性锌离子电池

的电极材料的研究。通过大量研究发现，金属硫化物中硫元素相比氧元素的电负性

小，金属硫化物导电性高，有利于硫化物电极材料性能的发挥。因此，针对钴基双

金属化合物的不足，将钴基双金属氧（硫）化合物与其他高性能的电极材料形成异

质结构，来获得优异的电化学性能。本论文主要包含以下三部分：

（1）第一步通过水热合成法制备前驱体CoMoO4电极材料，第二步通过低温螯

合法将MnO包覆在CoMoO的表面，制备出CoMoO/MnO复合电极材料。通过扫

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描电镜观察发现CoMoO形貌为垂直的纳米片组成的花瓣结构，CoMoO/MnO形貌

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为3D花瓣状纳米结构。三维多孔结构和表面粗糙的纳米片可以提供大量的电化学

反应活性位点，缩短离子扩散距离，表现出优异的电化学性能。CoMoO/MnO复合

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电极在1mAcm-2时，比面容量为2.27Fcm-2，当电流密度增加到15mAcm-2时，

其容量保留率为60.3%。组装成一种基于CoMoO/MnO和PVA/KOH凝胶电解质的

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全固态非对称超级电容器。该器件可在0-1.4V的高电压窗口下工作，在1mAcm-

2的电流密度下可获得0.467Fcm-2的比面容量。经过8000次循环后容量保留率为

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75%。当功率密度为198.22Wkg时，能量密度为35.81Whkg。

（2）通过水热合成法制备出CoMoO4电极材料，再通过低温螯合法将Ni-CoOOH

包覆在CoMoO4的表面，制备出形貌为3D花球状纳米结构的复合材料。在三电极

体系测试下，CoMoO/Ni-CoOOH电极在2mAcm−2电流密度下的比面容量为5.91F

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cm−2，在20mAcm−2电流密度下的容量保留率为73%，循环8000次后的容量保