【摘要】：超級(jí)電容器也稱超大容量電容器,作為一種新型的儲(chǔ)能裝置,因其功率密度高,循環(huán)穩(wěn)定性好,充放電快速和安全性高等優(yōu)異性能在混合動(dòng)力汽車、工業(yè)電力、國(guó)防軍用以及存儲(chǔ)系統(tǒng)等眾多領(lǐng)域具有巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值。然而,與鋰離子電池相比,目前的商業(yè)超級(jí)電容器能量密度比較低,因而大大限制了它的應(yīng)用。解決能量密度低的關(guān)鍵是提高電極材料的比電容和器件的工作電壓。為了提高電極材料的比電容,本文設(shè)計(jì)和制備了形貌和尺寸可控的幾種納米復(fù)合電極材料,并對(duì)它們的電化學(xué)性能進(jìn)行了研究。(1)選擇廉價(jià)易得且可再生的生物質(zhì)葡萄糖作為制備碳微球的初始材料,通過(guò)低溫水熱和高溫碳化過(guò)程,制備出均一、球形度良好的碳微球納米材料,并用敏化干燥法在其表面獲得一層薄而均勻的SnO_2殼層,最終得到具有核殼結(jié)構(gòu)的CMSs@SnO_2納米復(fù)合材料。IR、Raman、XRD、SEM、TEM以及BET等表征結(jié)果表明,制備的CMSs@SnO_2納米復(fù)合材料由~290 nm的碳微球內(nèi)核和~10 nm的SnO_2外殼組成。循環(huán)伏安、恒電流充放電等電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明,CMSs@SnO_2納米復(fù)合材料具有優(yōu)良的電化學(xué)性能,當(dāng)掃描速率為50 mVs~(-1)時(shí),質(zhì)量比電容值為320.5 Fg~(-1),約為純碳納米球的6倍,純SnO_2的4倍。同時(shí)該復(fù)合材料還顯示出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性,2000次循環(huán)后,電容保持率仍有90.5%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于純碳納米球的循環(huán)穩(wěn)定性(72.3%)。究其原因,復(fù)合材料中的異質(zhì)核殼結(jié)構(gòu)起到了關(guān)鍵作用。(2)采用簡(jiǎn)單的水熱法在泡沫鎳表面原位合成了CsPW11Fe/NF電極材料。XRD、SEM、TEM等表征結(jié)果表明,CsPW11Fe在泡沫鎳表面主要以單晶形式生長(zhǎng),形貌不均一。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明,該材料具有優(yōu)異的電化學(xué)性能。當(dāng)電流密度為1A g~(-1)時(shí),CsPW11Fe/NF的質(zhì)量比電容值為315.5 Fg~(-1)。在電流密度為5 Ag~(-1)下,經(jīng)5000次循環(huán)充放電后電容值達(dá)278.5 Fg~(-1),電容保留值為88.3%。同時(shí),與傳統(tǒng)的用漿料涂覆法制備的電極相比,該方法直接將活性物質(zhì)生長(zhǎng)在集流體上作為電極使用,避免了繁瑣的制作過(guò)程,簡(jiǎn)化了流程。(3)采用簡(jiǎn)單的電沉積和后續(xù)退火處理法在泡沫鎳基底上成功合成了“花瓣?duì)睢盡nO_2/NiCo_2O_4超薄納米片。XRD、EDS、SEM、TEM等表征結(jié)果表明,MnO_2/NiCo_2O_4納米片均勻地生長(zhǎng)在泡沫鎳基體表面,其中的“花瓣”由MnO_2超薄納米片和NiCo_2O_4超薄納米片組成,厚度~10 nm。超薄納米片之間相互交錯(cuò)連接形成孔道結(jié)構(gòu)。隨著沉積時(shí)間的延長(zhǎng),納米片的厚度增大,孔道間隙變窄。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明,電沉積30 min時(shí)獲得的樣品具有最好的電化學(xué)性能,如最高的比電容值,927 Fg~(-1)(1 Ag~(-1));最佳的循環(huán)穩(wěn)定性,如25000次循環(huán)后電容保持率為初始電容的97.3%。
【圖文】：

圖 1-1 不同的能量存儲(chǔ)器件能量與功率 Ragone 示意圖器的概念由來(lái)已久，最早被稱為萊頓瓶（如圖 1-2 所示），其原型為介質(zhì)的玻璃瓶，以浸漬于酸中的導(dǎo)體及涂敷于玻璃瓶外的金屬箔作的玻璃作為電介質(zhì)材料。美國(guó)通用電氣公司（General Electric Corp.）人于 1757 年利用多孔碳包覆金屬集流體申請(qǐng)了第一個(gè)超級(jí)電容器專池中的電能量是由浸漬于含水電介質(zhì)多孔碳材料界面雙電池中駐留。電化學(xué)電容器（超級(jí)電容器），最早得到此命名的是一種由氧化釕層開(kāi)發(fā)出的大容量電容器（每克數(shù)法拉電容量）。但當(dāng)時(shí)這個(gè)發(fā)明并注與重視。直到 1990 年，超級(jí)電容器因在混合動(dòng)力汽車上的應(yīng)用才們的注意[14]。

圖 1-1 不同的能量存儲(chǔ)器件能量與功率 Ragone 示意圖電容器的概念由來(lái)已久，最早被稱為萊頓瓶（如圖 1-2 所示），其原型為一個(gè)內(nèi)解酸電介質(zhì)的玻璃瓶，以浸漬于酸中的導(dǎo)體及涂敷于玻璃瓶外的金屬箔作為兩個(gè)，其間的玻璃作為電介質(zhì)材料。美國(guó)通用電氣公司（General Electric Corp.）Howacker 等人于 1757 年利用多孔碳包覆金屬集流體申請(qǐng)了第一個(gè)超級(jí)電容器專利[13]。了原電池中的電能量是由浸漬于含水電介質(zhì)多孔碳材料界面雙電池中駐留的電荷電能的。電化學(xué)電容器（超級(jí)電容器），最早得到此命名的是一種由氧化釕薄膜系碳雙電層開(kāi)發(fā)出的大容量電容器（每克數(shù)法拉電容量）。但當(dāng)時(shí)這個(gè)發(fā)明并沒(méi)有引們的關(guān)注與重視。直到 1990 年，超級(jí)電容器因在混合動(dòng)力汽車上的應(yīng)用才使得其吸引人們的注意[14]。
【學(xué)位授予單位】：海南師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TB383.1;TM53

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本文編號(hào)：2582733