1 多级界面工程多硫化钴核壳纳米结构用于双储能装置和析氢反应-德赢Vwin官网 网
0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

多级界面工程多硫化钴核壳纳米结构用于双储能装置和析氢反应

鸿之微 来源:鸿之微 2023-11-21 17:33 次阅读

01引言

绿电和绿氢等清洁能源的生产和储存是解决能源危机和环境污染的关键。在各种存储器件中,混合超级电容器(HSCs)分别采用一个典型和一个非典型电容器型电极作为阳极和阴极,其具有高能量密度、快速充放电能力和稳定的可回收性等优异性能。金属-有机框架(MOFs)衍生的纳米材料具有大量的孔隙、高比表面积和大量的反应活性位点,是一种很有前景的SCs电极材料。ZIFs系列衍生的许多材料,如金属氧化物/氢氧化物和金属硫化物在电化学领域有着广泛应用。其中过渡金属硫化物,例如硫化钴,成本低,与环境相容性好,因此是非常具有潜力的SC电极材料。进一步研究发现,多金属硫化物比单金属硫化物具有更丰富的组成和价态,可以进行更多样化的氧化还原反应,从而表现出更好的性能。

此外,多金属硫化物中不同的金属中心有利于电子的转移从而改善了反应动力学,并且它们还提供了多反应位点,故而具有多功能的应用潜力。除了使用MOFs作模板来控制材料的形貌以外,通过界面工程构建多界面结构也是提高材料电化学性能的重要方法。Chen等通过多级界面工程制备了含碳的Ni2P纳米球/纳米花,并发现该材料具有优异的水分解性能。受这些文献的启发,我们采用原位生长的ZIF-67纳米棒作为碳布(CC)的前驱体,经过煅烧-硫化-电沉积,最终得到了具有核壳结构的CoSx@CoNi2S4/CC纳米复合材料。

02成果简介

本文以原位生长的ZIF-67纳米棒为牺牲前驱体/模板,通过煅烧-硫化-电沉积的方法,成功制备了无粘结剂的核壳CoSx@CoNi2S4/CC纳米复合材料。‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍

金属多硫化物核和CoNi2S4壳具有优异的导电性,以及具有多维界面的独特的纳米片/纳米花形态,提供了丰富的活性中心和快速的传输路径,合成的CoSx@CoNi2S4/CC不仅表现出优异的储能性能,而且还具有良好的析氢反应活性。最优的CoSx@CoN2S4-20/CC在1A g-1时表现出985 Cg-1的高容量(即328.3 mA hg-1;1970 F g-1)和优异的速率性能(在10A g-1下保持92%的容量)。密度泛函理论计算表明,金属多硫化物具有良好的OH吸附能力。组装的CoSx@CoN2S4/CC//AC混合超级电容器和Cox@CoNi2S4/CC//Fe超级电容器型电池显示出高能量密度(799 W kg-1时为50 Wh kg-1,800 W kg-2时为53.3 Wh kg-1)和可循环性(6000次循环后约为10 A g-1时初始比容量的81%)。

本文在研究过程中,使用了鸿之微多尺度材料设计与仿真平台Device Studio及第一性原理平面波计算软件DS-PAW等软件工具进行相关计算。

03图文导读

ff04d644-884f-11ee-939d-92fbcf53809c.png

图1(a)CoSx@CoNi2S4/CC的制造工艺示意图;样品的SEM图像:(b,e)CoSx/CC和(c,f)CoSx@CoNi2S4-20/CC(d,g)TEM和(h)CoSx@CoNi2S4-20/CC的元映射图

ff34da6a-884f-11ee-939d-92fbcf53809c.png

图2CoSx和CoSx@CoNi2S4-20的XRD图谱(主峰标记)

ff45ac1e-884f-11ee-939d-92fbcf53809c.png

图3(a)XPS调查(b)C 1s、(C)O 1s、(d)Co 2p、(e)S 2p和(f)Ni 2p的高分辨率XPS光谱

ff50a3da-884f-11ee-939d-92fbcf53809c.png

图4(a)CoS x@CoNi2S4-20/CC在2-30 mVS-1时的CV曲线;(b)CoSx/CC、CoSx@CoNi2S4-x/CC(x=10、20和30)、CoNi2S4-20/CC和CC在20mVS-1下的CV曲线;(c)CoS x@CoNi2S4-20/CC在1~10A g-1范围内的GCD曲线;(d)CoS x/CC、CoS x@CoNi2S4-x/CC(x=10、20和30)和CoNi2S4-20/CC在1A g-1时的GCD曲线;(e)评价性能;(f)CoSx/CC、CoSx@CoNi2S4-x/CC(x=10、20和30)和CoNi2S4-20/CC的奈奎斯特图

ff608ba6-884f-11ee-939d-92fbcf53809c.png

图5(a,b)CoSx/CC和(d,e)CoSx@CoNi2S4-20/CC电极的储能机;CoS和Co9S8(c)DOS和(f)PDOS;(g)CoS(100)和(h)Co9S8(331)表面上最稳定的OH吸附结构;以及(i)吸附OH的相应Bader电荷和能量。O–Co键距(Å)如图g和h所示

ff7d261c-884f-11ee-939d-92fbcf53809c.png

图6(a)在-1.0至0.6 V和20 mVS-1的电势下,AC和CoSx@CoNi2S4-20的CV曲线;HSC和SC型电池装置性能测试:(b,h)CV曲线,(c,i)GCD曲线,(d,j)EIS曲线,(e,k)10 A g-1下的循环稳定性,以及最近10个循环的插入图,(f,l)拉贡图(与以前的一些类似工作相比较),(g)组装式储能器示意图

ff8c1820-884f-11ee-939d-92fbcf53809c.png

图7(a)HER在1M KOH中的极化曲线;(b)不同样品达到10 mA cm-2所需的过电位;(c)奈奎斯特曲线;(d)塔费尔斜率

04小结

本文开发了一种具有三维纳米结构的无粘合剂CoSx@CoNi2S4/CC。以原位生长的ZIF-67纳米棒为牺牲前驱体/模板,通过煅烧和水热硫化两步反应合成了新型多硫化钴核,然后用简单的电化学方法在CoSX表面涂覆了CoNi2S4壳层。多硫化物钴中金属离子的多价态和具有大比表面积和大量界面的无粘结剂的核壳纳米片/纳米花结构促进了反应动力学,获得复合材料优异的电化学性能。特别是,最优的CoS x@CoNi2S4-20/CC在电流密度为1 A g-1时提供985 C g-1的高容量(即328.3 m A h g-1;电容为1970 F g-1)和优异的速率性能(92%,在10 A g-1时误差在1%以内)。基于此,首先我们分别用CoSx@CoN2S4-20/CC和AC作为正极和负极制备了HSC装置。研究结果表明,在功率密度为799W Kg-1的功率密度下,装置的最大能量密度可达到50Wh Kg-1。

此外,发现在10A g-1条件下,该装置循环6000次后电池容量只下降了19%;然后,我们还组装了CoSx@CoNi2S4-20/CC//Fe SC型电池,研究发现在功率密度为800W Kg-1的功率密度下,装置的最大能量密度可达到53.3 Wh Kg-1。此外,发现在10 A g-1条件下,该装置循环10000次后电池容量只下降了25%。






审核编辑:刘清

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表德赢Vwin官网 网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 电容器
    +关注

    关注

    64

    文章

    6217

    浏览量

    99534
  • 超级电容器
    +关注

    关注

    19

    文章

    406

    浏览量

    28681
  • SEM
    SEM
    +关注

    关注

    0

    文章

    216

    浏览量

    14436
  • XPS
    XPS
    +关注

    关注

    0

    文章

    97

    浏览量

    11980

原文标题:推荐!华师大赵国锋博士:多级界面工程多硫化钴核壳纳米结构用于双储能装置和析氢反应

文章出处:【微信号:hzwtech,微信公众号:鸿之微】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    EasyGo 实时仿真丨系统有功无功解耦控制应用

    系统实时仿真 ▍三相两级式系统模型 级式
    发表于 12-04 10:52

    国外的应用思考与分析

    近年来实际商用进程发展迅速,早期电解水制作为解决新能源消纳、缓解弃风弃光的有力手段,发展至今,通过到电或热的转换供应,完成了电-
    的头像 发表于 11-06 10:03 137次阅读
    国外<b class='flag-5'>氢</b>户<b class='flag-5'>储</b>的应用思考与分析

    电芯热失控产气过程及产气检测方法简

    电网应用中,锂电池正快速替代传统系统。截至2022年底,锂电池在全球系统占比已高达9
    的头像 发表于 10-30 15:56 451次阅读
    <b class='flag-5'>储</b><b class='flag-5'>能</b>电芯热失控产气过程及产气检测方法简<b class='flag-5'>析</b>

    什么是控制单元?

    产品介绍 acrellm安科瑞公众号 ANet-ESCU 控制单元是一种适用于一体柜(箱)的 EMS
    的头像 发表于 10-22 16:05 607次阅读
    什么是<b class='flag-5'>储</b><b class='flag-5'>能</b>控制单元?

    浅谈户外柜系统的结构和应用

    摘要:要介绍了用户侧某型商业柜总体设计及整机理论热计算和对应的散热方案,并结合户外的使用环境,设计了可满足IP54级的整机防尘、防水结构,使其在保证整机满功率运行条件下散热的同时
    的头像 发表于 10-16 15:12 552次阅读
    浅谈户外<b class='flag-5'>储</b><b class='flag-5'>能</b>柜系统的<b class='flag-5'>结构</b>和应用

    光伏项目增加防逆流装置100%防逆流吗?

    装置,既可减少防逆流的电量损失,又可给负载做后备电源使用,比单纯的并网防逆流系统更经济。 光伏项目增加防逆流
    的头像 发表于 09-14 13:18 680次阅读
    光伏<b class='flag-5'>储</b><b class='flag-5'>能</b>项目增加防逆流<b class='flag-5'>装置</b><b class='flag-5'>能</b>100%防逆流吗?

    爱普生有源晶体振荡器SG3225EEN应用于NPC、新能源

    NPC通常指的是在系统中使用的NPC(Neutral Point Clamped)三电平逆变器。NPC三电平逆变器是一种电平逆变器
    发表于 09-10 10:47 1次下载

    ,能源变革的蓝海产业。

    在众多技术中,能成为业界备受关注的潜力路线。
    的头像 发表于 08-05 09:08 290次阅读
    <b class='flag-5'>氢</b><b class='flag-5'>储</b><b class='flag-5'>能</b>,能源变革的蓝海产业。

    中广携手华为出席新型技术与产业发展论坛,共创绿世界

    5月22日,新型技术与产业发展论坛暨中广公安县示范项目观摩会在湖北荆州举行。
    的头像 发表于 05-23 10:30 461次阅读

    电化学哪个好

    随着可再生能源的快速发展和能源结构的转型,技术成为了解决能源供需不平衡、提高能源利用效率的关键技术之一。在众多的技术中,电化学
    的头像 发表于 05-20 16:24 1053次阅读

    晶科能源N型Tiger Neo组件为纳米比亚首个商业绿制钢工厂提供清洁能源

    近日,全球领先的光伏、企业晶科能源宣布,其向纳米比亚Oshivela工厂光伏制一期项目供应了25兆瓦的高效N型TOPCon光伏组件,用于
    的头像 发表于 04-30 09:54 366次阅读

    电池包ccs结构介绍 电池包的结构原理是什么?

    电池包CCS结构介绍 电池包(Energy Storage Battery Pack,简称ESBP)是一种
    的头像 发表于 04-29 14:32 2198次阅读

    设备远程监控预警系统解决方案

    随着全球对清洁能源的需求与日俱增,正逐渐成为能源领域的明星。作为一种高效且环境友好的能量载体,氢气在交通、工业和电力领域具有广阔的应用前景。然而,在这一新兴行业中,高效的设备及
    的头像 发表于 04-26 15:46 424次阅读

    大会“共建生态链,共创新发展”

    主题为“共建生态链,共创新发展”。   本次大会将安排大会开幕式暨院士/专家主题报告、工业绿色微电网专场、“碳”与新型电力系统、
    的头像 发表于 03-01 15:17 502次阅读
    <b class='flag-5'>储</b><b class='flag-5'>能</b>:<b class='flag-5'>储</b><b class='flag-5'>能</b>大会“共建<b class='flag-5'>储</b><b class='flag-5'>能</b>生态链,共创<b class='flag-5'>储</b><b class='flag-5'>能</b>新发展”

    电力系统关键应用技术总结

    在含高比例可再生能源的新型电力系统建设中,技术的快速发展与工程应用将从时空维度为系统提供全面的灵活支撑能力,如何充分发挥
    发表于 12-26 10:23 895次阅读
    电力系统<b class='flag-5'>氢</b><b class='flag-5'>储</b><b class='flag-5'>能</b>关键应用技术总结