NiS2/三维多孔石墨烯复合材料的制备及储钾机制分析开题报告

全文总字数：5320字

1. 研究目的与意义（文献综述）

随着近两年消费电子行业的高速发展和全球新能源汽车产业的兴起，人类对原材料的大量需求直接推动了锂矿资源开采量的不断攀升，巨大的成本压力导致将锂离子电池直接应用于大规模储能系统不再具有经济优势，同时，随着科技的不断进步，现代社会对储能装置的循环寿命、能量密度等方面要求越来越高，而当前商业化锂离子电池的能量密度已难以满足社会发展的需求。因此，采用地球上储量更为丰富的其他碱金属元素来研究设计新型储能体系成为了当前研究者们关注的热点问题，发展更为廉价高效的新型储能体系亦是势在必行。

在这些非锂系统中，研究人员开始把目光投向与libs电化学性质相似的钠离子电池（sibs）、钾离子电池（kibs）。钠和钾金属资源丰富，价格低廉， 环境友好,是取代 libs的理想选择。但是na 几乎无法与商业化石墨发生多步插层反应，形成nac₆₄化合物的比容量很低，而k 虽然半径更大，反而更易于嵌人石墨形成kc₈；此外，k 比 na 具有更低的氧化还电位（钾：-2.92v vs.标准氢电极电势；钠 ：-2.71v vs. 标准氢电极电势），保证了kibs较高的工作电压和能量密度。相关研究表明，在水系电解液中，k 的氧化还原电位甚至低 于li ，且路易斯酸更弱，有利于离子传输和插层。综上，研究高效稳定的kibs，是新一代储能器件的发展方向之一。

2015年浙江大学陈卫祥教授课题组进行了金属硫化物/石墨烯复合材料的合成及其电化学储锂性能相关报道，采用水热法合成了nis₂/石墨烯复合纳米材料。表征结果显示粒径约为30-70nm的nis₂纳米粒子均匀的分散在石墨烯表面。电化学测试结果表明nis₂/石墨烯复合材料显示高的电化学储锂可逆容量，并具有优异的循环性能和增强的高倍率充放电特性。其可逆比容量达到1200mah/g（电流密度100ma/g）；在电流密度为1000ma/g的倍率容量为740mah/g；在500ma/g电流密度下1000次充放电循环后，仍能保留813mah/g的可逆容量。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

材料制备：采用水热合成法的方法制备了 3d nis₂/go材料，探索氧化石墨烯的加入对材料形貌和实验结果造成的影响。

材料表征：对nis₂/三维多孔石墨烯复合材料进行结构表征和电化学性能测试。通过非原位 xrd、sem、tem、bet 和raman 等先进表征技术，确定最终制备的 3d nis₂/go 的形貌特征、化学组成、物相和结构等基本特性。同时将所制备的3d nis₂/go组装成钾离子电池，采用循环伏安(cv)、恒流充放电(et)、电化学形貌分析等测试该电极材料的长循环和倍率等性能。此外，还通过多种电化学分析方法研究其电化学性能、探求其在电化学反应过程中的相变和结构变化， 探索3d nis₂/go 的电化学反应机制。

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第4-8周：按照设计方案，利用水热法制备镍基前驱体微米花形貌结构，并通过采取控制变量的方法，在保证其他条件完全相同的条件下，通过调控硫源以获得最佳形貌的 3d nis₂ /go 褶皱结构，并采取非原位xrd、sem、tem、bet、raman等先进表征技术来确定该结构的形貌特征、化学组成、物相以及结构等基本性质，并深入研究和分析 3d nis₂ /go结构容量衰减的原因。

第9-12周：将已制备得到的三维褶皱石墨烯限域纳米二硫化镍电极材料组装成为钾离子电池，利用循环伏安、恒定电流充放电、不同电流密度下的倍率性能等测试该电极材料的长循环倍率等性能，并研究分析3d nis₂ /go 褶皱电极结构与电化学性能之间的相关性。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]陈倩男. 金属硫化物/石墨烯复合材料的合成及其电化学储锂性能[d].浙江大学,2016.

[2]董才富. 基于镍/钴的金属硫化物和磷化物微纳材料制备及其电化学性能研究[d].山东大学,2019.

[3]黄曌,张明,丁双双.钾离子电池负极材料研究进展[j].电源技术,2020,44(03):456-460.