本文選題：超級電容器 + 共沉淀法�。� 參考：《揚(yáng)州大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：超級電容器又稱為電化學(xué)電容器,因其具有比常規(guī)電容器優(yōu)異的能量密度,比蓄電池高的功率密度,而受到人們的廣泛關(guān)注。超級電容器具有的這些優(yōu)勢使其在備份能源系統(tǒng)、混合動力電車及便攜式電子設(shè)備等領(lǐng)域得到了實(shí)際應(yīng)用。眾所周知,超級電容器的電容性能很大程度上取決于電活性材料的形貌及結(jié)構(gòu)。由于硫元素的電負(fù)性比氧元素低,相比于過渡金屬氧化物,過渡金屬硫化物具有更為靈活的結(jié)構(gòu)及更高的電導(dǎo)率。在眾多的過渡金屬硫化物中,Ni硫化物及Co硫化物因其理論比電容高、原料豐富、環(huán)境友好及安全等優(yōu)勢,有望滿足超級電容器電極材料的儲能需求。本研究工作中,首先,在一步共沉淀法制備NiS_2/CoS_2復(fù)合材料過程中,通過逐步增加Ni的含量,復(fù)合物的粒徑尺寸逐漸變大,并且空心球結(jié)構(gòu)更加明顯。同時,通過控制Ni與Co的比例調(diào)節(jié)復(fù)合材料的電容性能。其次,以Ni(OH)_2·0.75H_20作為前驅(qū)體,合成微米花狀的NiS。所得NiS微米花樣品由納米片組成,且具有比比前驅(qū)體更粗糙的比表面積及更高的電容性能。最后,通過犧牲模板法,考察不同硫化時間(分別為12、18及24h)對制得NiS微米花比表面積、表面粗糙度及電容性能的影響,進(jìn)而得出硫化時間為18 h時樣品有著最大的比表面積及最高的電容性能。本文研究內(nèi)容及結(jié)論如下:(1)NiS_2/CoS_2復(fù)合物的制備及超電容行為研究。采用一步水熱共沉淀法合成不同Ni Co摩爾比例的復(fù)合硫化物。隨著Ni含量的增加,樣品顆粒的尺寸逐漸增大,且空心球結(jié)構(gòu)表現(xiàn)地越發(fā)明顯。通過對樣品進(jìn)行電化學(xué)性能測試表明:NiCo復(fù)合硫化物具有高的比電容,優(yōu)良的循環(huán)穩(wěn)定性及倍率特性。尤其Ni/Co/S-1在1 A.g~(-1)時表現(xiàn)出了最大的比電容954.3 F·g~(-1),當(dāng)電流密度增大至20 A·g~(-1)時比電容仍然達(dá)到309.5 F·g~(-1),在電流密度為5 A.g~(-1)的條件下恒流充放電(GCD)1000次之后仍然保留著99.9%的初始比電容。將Ni/Co/S-1與活性炭分別作為陽極與陰極,組裝得到非對稱超級電容器,在功率密度為0.7 kW·kg~(-1)時能量密度達(dá)到29.3 Wh·kg~(-1),1000次GCD之后仍然保留著99.1%的比電容。(2)分層微米花狀NiS的制備及超電容行為研究。通過以Ni(OH)2前驅(qū)體,再對前驅(qū)體進(jìn)一步硫化制得NiS。SEM分析結(jié)果表明,NiS是由分層納米片組成的微米花狀結(jié)構(gòu),硫化后的NiS表面比前驅(qū)體更加粗糙。電化學(xué)測試表明:NiS納米片在3 M KOH電解液中表現(xiàn)出優(yōu)異的電容性能(電流密度為1 A·g~(-1)時,比電容達(dá)到1122.7 F·g~(-1))以及高的循環(huán)穩(wěn)定性(10 A·g~(-1)的電流密度下GCD 1000次后,電容保持率為97.8%)。以NiS作為陽極,活性炭作為陰極,組裝成非對稱超級電容器,在開路電壓為1.8 V的前提下,功率密度為0.9 kW·kg~(-1)時,能量密度能達(dá)到31 Wh·kg~(-1)。(3)硫化時間對NiS結(jié)構(gòu)及電容行為的影響。通過犧牲模板法,先制備微米花狀的Ni(OH)2前驅(qū)體,并制備了不同硫化時間下制得了NiS。SEM分析結(jié)果顯示,隨著硫化時間的延長,NiS的形貌逐漸由微米花狀向多孔球狀過渡。硫化時間為18 h時,NiS-18具有最為粗糙的表面及最大的比表面積(20.5 m2·g~(-1))。電化學(xué)測試結(jié)果顯示,NiS-18表現(xiàn)出了最高的比電容(在1 A·g~(-1)的電流密度下,比電容達(dá)到1315.4 F·g~(-1))及循環(huán)穩(wěn)定性(在電流密度為10 A·g~(-1)的條件下GCD 5000次之后仍然保留著89.2%的初始比電容)。以NiS-18與活性炭分別作為陽極與陰極,組裝成非對稱超級電容器(NiS//AC)。NiS//AC在功率密度為0.8kW·kg~(-1)時,能量密度能達(dá)到33.4Wh·kg~(-1);在5A·g~(-1)的電流密度下進(jìn)行5000次GCD測試,電容保持率達(dá)到了87.3%,庫倫效率接近100%。
[Abstract]:In this study , Ni ( OH ) _ 2 路 0.75H _ 20 is used to prepare NiS _ 2 / cos _ 2 composite material . The results show that NiS nanosheets exhibit excellent capacitance performance ( current density of 1 A 路 g ~ ( -1 )) and high cyclic stability ( 10 A 路 g ~ ( -1 ) at a current density of 1 A 路 g ~ ( -1 ) . The results show that NiS - 18 has the highest specific surface area and the maximum specific surface area ( 20.5 m2 路 g ~ ( -1 )) at the current density of 1 A 路 g ~ ( -1 ) . The results of electrochemical test show that NiS - 18 has the highest specific surface area and the maximum specific surface area ( 20.5 m2 路 g ~ ( -1 )) . The results of electrochemical test show that NiS - 18 has the highest specific surface area ( 200.5 m2 路 g ~ ( -1 )) and the cycle stability ( 89.2 % initial specific capacitance after GCD 5000 times under the condition of current density of 10 A 路 g ~ ( -1 ) . NiS - 18 and activated carbon are respectively used as anode and cathode to assemble an asymmetric super capacitor ( NiS // AC ) . When the power density is 0.8kW 路 kg ~ ( -1 ) , the energy density can reach 33.4Wh 路 kg ~ ( -1 ) ; 5000 GCD tests are carried out at the current density of 5A 路 g ~ ( -1 ) , the capacitance retention rate reaches 87.3 % , and the coulombic efficiency is close to 100 % .

【學(xué)位授予單位】：揚(yáng)州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TM53;TB33

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1763994