本文選題：超級(jí)電容器 + 納米陣列��； 參考：《浙江工業(yè)大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：超級(jí)電容器作為一種新興的儲(chǔ)能元器件,以其功率密度大、循環(huán)壽命長(zhǎng)、充放電速度快等優(yōu)點(diǎn),受到越來越多的關(guān)注。而決定超級(jí)電容器電化學(xué)性能的主要因素是電極材料,過渡金屬氧化物電極材料由于可以發(fā)生可逆的電化學(xué)反應(yīng)而具有明顯優(yōu)于碳材料的電容性能。相關(guān)研究表明,高度有序的納米陣列電極結(jié)構(gòu)具有較大的比表面積,優(yōu)良的導(dǎo)電性和高速的離子/電子傳輸通道等特點(diǎn)。同時(shí),納米陣列電極用作超級(jí)電容器電極材料時(shí),并不需要使用粘接劑和導(dǎo)電添加劑,可以有效提高活性材料的利用率。當(dāng)進(jìn)行多種材料的復(fù)合設(shè)計(jì)時(shí),通過不同材料之間的協(xié)同效應(yīng),可使納米復(fù)合材料具有優(yōu)于任一單相材料的性能。本文旨在合成不同一維納米陣列復(fù)合材料,以提高超級(jí)電容器的電化學(xué)性能。主要研究?jī)?nèi)容由以下兩部分組成:1、通過電化學(xué)陽極氧化法首先在鈦片上制備了TiO_2納米管陣列,并以此為基底,采用水熱法負(fù)載了MnO_2納米顆粒。在制備過程中,將TiO_2納米管在氫氣中進(jìn)行煅燒前處理后,制得的H-TiO_2/MnO_2復(fù)合材料具有更好的導(dǎo)電性。為了進(jìn)一步增加材料的導(dǎo)電性,利用水熱法將在氫氣煅燒處理后的TiO_2納米管進(jìn)行碳包覆,獲得的H-TiO_2/C材料,不僅具有更高的電導(dǎo)率,同時(shí)也能很好的利用TiO_2納米管的比表面積增大MnO_2的負(fù)載量,提高M(jìn)nO_2的利用率。H-TiO_2/C/MnO_2電極材料在0.5 A g-1的電流密度下具有高達(dá)66.2 mF cm-2(299.8 F g-1)的比電容,并具有較好的循環(huán)性能,是性能優(yōu)異電極材料。2、通過水熱法制備了NiCo_2O_4納米線陣列,后又以此為基底分別采用水熱法、化學(xué)浴沉積法制備了NiCo_2O_4@MnO_2,NiCo_2O_4@NiO納米線陣列復(fù)合電極。NiCo_2O_4納米線陣列基底,比表面積大、導(dǎo)電性好,表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。NiCo_2O_4@MnO_2復(fù)合材料,由于殼層負(fù)載的MnO_2導(dǎo)電性差,結(jié)構(gòu)致密,限制了內(nèi)核NiCo_2O_4贗電容的發(fā)揮,導(dǎo)致NiCo_2O_4@MnO_2復(fù)合材料的比電容較NiCo_2O_4有所下降。NiCo_2O_4@NiO復(fù)合物具有明顯優(yōu)于NiCo_2O_4、NiCo_2O_4@Mn O2的電容性能,在1 A g-1的電流密度下比電容達(dá)到了1453.26 F g-1。但是,由于NiCo_2O_4@NiO復(fù)合物在循環(huán)過程中結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化,導(dǎo)致循環(huán)穩(wěn)定性較差。選用導(dǎo)電性良好,結(jié)構(gòu)疏松的殼層材料有利于增大復(fù)合物的比電容。同時(shí),制備的復(fù)合物結(jié)構(gòu)要足夠穩(wěn)定,以提高循環(huán)穩(wěn)定性。
[Abstract]:As a new kind of energy storage components, supercapacitors have attracted more and more attention due to their high power density, long cycle life, high charge and discharge speed and so on. The main factor that determines the electrochemical performance of supercapacitors is the electrode material. The transition metal oxide electrode material is superior to the carbon material because of the reversible electrochemical reaction. Related studies show that the highly ordered nanoarray electrode structure has a large specific surface area, excellent conductivity and high speed ion / electron transport channel and so on. At the same time, nano-array electrodes can effectively improve the utilization of active materials when they are used as electrode materials for supercapacitors without the need of adhesive and conductive additives. When the composite design of many kinds of materials is carried out, the performance of nanocomposites is superior to that of any single phase material through the synergistic effect among different materials. In order to improve the electrochemical performance of supercapacitors, different one-dimensional nanoarray composites were synthesized. TiO_2 nanotube arrays were prepared on titanium wafer by electrochemical anodic oxidation method. The MnO_2 nanoparticles were loaded on the substrate by hydrothermal method. In the process of preparation, the TiO_2 nanotubes were calcined in hydrogen, and the H-TiO_2/MnO_2 composites had better electrical conductivity. In order to further increase the conductivity of the materials, the TiO_2 nanotubes calcined in hydrogen were coated with carbon by hydrothermal method. The obtained H-TiO_2/C materials not only have higher conductivity, At the same time, the specific surface area of TiO_2 nanotubes can also be used to increase the loading capacity of MnO_2, to increase the utilization ratio of MnO_2. H-TiO2 / C / MnO2 electrode material has a specific capacitance of up to 66.2 MF cm-2(299.8 F g-1 at the current density of 0.5 A g ~ (-1), and has good cycling performance. The NiCo_2O_4 nanowire array was prepared by hydrothermal method, and then it was used as a substrate, respectively, by hydrothermal method and chemical bath deposition method. NiCo2O4MnO2NiCo2O4NiCO2O4NiO nanowire array composite electrode, NiCo2O4Ni2O4NiO nanowire array composite electrode, NiCo2O4NiO wire array composite electrode. NiCo2O4NiOSIV nanowire array substrate, with large specific surface area, was prepared by chemical bath deposition method. Good electrical conductivity, showing excellent electrochemical performance. NiCo2O-4MnO-2 composite. Due to the poor conductivity and dense structure of MnO_2 loaded in the shell, the use of the pseudo-capacitance of the core NiCo_2O_4 is limited. The specific capacitance of NiCo_2O_4@MnO_2 composite is lower than that of NiCo_2O_4. The specific capacitance of the NiCo_2O_4@MnO_2 composite is obviously superior to that of NiCo2O4C / NiCo2O4MNO _ 2. The specific capacitance of the NiCo_2O_4@MnO_2 composite has reached 1453.26 F g ~ (-1) at the current density of 1A g ~ (-1). However, the structure of NiCo_2O_4@NiO complex changed during the cycle, which resulted in poor cyclic stability. It is advantageous to increase the specific capacitance of the composite by selecting the shell material with good conductivity and loose structure. At the same time, the structure of the prepared composite should be stable enough to improve the cycle stability.
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：O646.54;TB383.1

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本文編號(hào)：1877564