本文選題：超級電容器 + 鈷基金屬氧化物　； 參考：《安徽工業(yè)大學》2017年碩士論文

【摘要】：超級電容器作為一種新型的能源存儲設備,因具有充放電速度快、綠色環(huán)保、高能量密度和功率密度而被廣泛關注。而電極材料是影響超級電容器性能的關鍵因素。鈷基金屬氧化物作為贗電容器電極材料,具有高的理論比容量,制備簡單等特點。但是,其電導率低、倍率性能低、循環(huán)穩(wěn)定性差限制了其在電子設備領域的應用。為了研究和改善該類材料的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性,本文成功制備出了納米結構的鈷基金屬氧化物及其復合結構系列的產(chǎn)物。主要研究內(nèi)容概括如下:采用簡單的水熱法和化學沉積法制備了具有介孔結構的NiCo_2O_4@MnO_2納米針陣列,而且材料直接生長在泡沫鎳上。該納米針陣列尺寸均一,長度約為2μm,并且在其表面可觀察到MnO_2納米顆粒。高分辨透射也顯示NiCo_2O_4納米針陣列和MnO_2納米顆粒成功復合。電化學測試表明,異質(zhì)結構的NiCo_2O_4@MnO_2(S2)納米針陣列在1 A·g~(-1)電流密度下比容量可高達2353.4 F·g~(-1)。在8 A·g~(-1)電流密度下,連續(xù)循環(huán)3000次后,容量保持率仍為92.9%,即使在15A·g~(-1)的大電流密度下循環(huán)10000次后,容量仍高達736 F·g~(-1),表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。采用水熱法分別制備出Co_3O_4三維微米球和NiCo_2O_4納米顆粒,并采用協(xié)同組裝法將兩種物質(zhì)按照質(zhì)量比為9:1、4:1、3:1進行復合,制備出不同比例的Co_3O_4/NiCo_2O_4復合材料。Co_3O_4為微米球形,直徑約為4μm,并且由納米顆粒構成,顆粒之間形成間隙。Co_3O_4/NiCo_2O_4復合比例為4:1的樣品的電化學性能最為優(yōu)異。電化學測試表明,Co_3O_4/NiCo_2O_4(4:1)復合物在1 A·g~(-1)電流密度下,放電比容量為1278.1 F·g~(-1),即使在10 A·g~(-1)電流密度下,容量仍為809.4 F·g~(-1)。在8 A·g~(-1)電流密度下,連續(xù)循環(huán)3000次后,容量保持率為81.6%,表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能。通過簡單的水熱法和化學沉積法在泡沫鎳上制備了具有介孔結構的ZnCo_2O_4/NiO納米片狀花結構。二維片層納米結構具有較大比表面積,縮短了離子、電子的擴散距離。電化學測試表明,ZnCo_2O_4/NiO(M3)樣品,在電流密度為1 A·g~(-1)充放電的條件下,其放電比容量高達2797 F·g~(-1),10 A·g~(-1)的放電比容量為2287.2 F·g~(-1),容量保持率為81.8%,即使在40 A·g~(-1)大電流下充放電時,放電比容量高達1079.2 F·g~(-1)。在30 A·g~(-1)下,循環(huán)4000次后,容量保持率基本保持在100%,說明ZnCo_2O_4/NiO(M3)復合材料具有優(yōu)異的電化學循環(huán)穩(wěn)定性。
[Abstract]:As a new type of energy storage devices, supercapacitors have attracted much attention due to their high charge and discharge speed, environmental protection, high energy density and power density. The electrode material is the key factor to affect the performance of supercapacitor. Cobalt-based metal oxide as a pseudo-capacitor electrode material has the advantages of high theoretical specific capacity and simple preparation. However, its low conductivity, low rate performance and poor cyclic stability limit its application in the field of electronic equipment. In order to study and improve the rate performance and cyclic stability of this kind of materials, the products of cobalt based metal oxides and their composite structure series have been successfully prepared in this paper. The main research contents are summarized as follows: NiCo2O4MnO-2 nanoneedle arrays with mesoporous structure have been prepared by simple hydrothermal method and chemical deposition method, and the materials are grown directly on nickel foam. The nano-needle array has a uniform size and a length of about 2 渭 m, and MnO _ 2 nanoparticles can be observed on its surface. High resolution transmission also showed that NiCo2O4 nanoneedle array and MnOST2 nanoparticles were successfully recombined. Electrochemical measurements showed that the specific capacity of the heterostructure NiCoS _ 2O _ 4 @ MnO _ s _ 2 (S _ 2) nanoneedle array could be as high as 2353.4 F ~ (-1) at 1A g ~ (-1) current density. At the current density of 8 A g ~ (-1), the capacity retention rate is 92.9 after 3000 continuous cycles. Even after 10000 cycles at the high current density of 15A g ~ (-1), the capacity is as high as 736F g ~ (-1), showing excellent cyclic stability. Cos / s _ 3O _ 4 microspheres and NiCoS _ 2O _ 4 nanocrystals were prepared by hydrothermal method respectively, and the two substances were compounded by the cooperative assembly method according to the mass ratio of 9: 1: 4: 1: 1. The Co3O4NiCo2O4 composite. Co3O4 / NiCo2O4 composite was prepared in different proportions. The Co3O4NiCo2O4 composite was micrometer spherical. The sample with a diameter of about 4 渭 m and composed of nanocrystalline particles formed a gap between the particles. The electrochemical properties of the samples with a composite ratio of 4:1 NiCo2O4 are the best. Electrochemical measurements showed that the discharge specific capacity of the Co3O / NiCo2O4 (4:1) composite was 1278.1 F g ~ (-1) at the current density of 1A g ~ (-1), and 809.4 F g ~ (-1) even at the current density of 10 A g ~ (-1). At the current density of 8 A g ~ (-1), after 3000 continuous cycles, the capacity retention rate is 81.6, showing excellent electrochemical performance. ZnCo2O4 / nio nanoflakes with mesoporous structure were prepared on nickel foam by simple hydrothermal method and chemical deposition method. The two-dimensional lamellar nanostructures have a large specific surface area, which shortens the diffusion distance of ions and electrons. The electrochemical measurements show that the discharge specific capacity of the sample is up to 2797 F g ~ (-1) and the retention rate is 81.8, even when the current density is 1 A g ~ (-1) charge and discharge. The discharge specific capacity is up to 1079.2 F g ~ (-1) even when charged at 40 A g ~ (-1). At 30 Ag ~ (-1), after 4000 cycles, the capacity retention rate of ZnCoS _ 2O _ 4 / NiO (M3) composite is almost 100, indicating that ZnCoS _ 2O _ 4 / NiO (M _ 3) composite has excellent electrochemical cycling stability.
【學位授予單位】：安徽工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TB383.1;TM53

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本文編號：2087728