【摘要】：過渡金屬氧化物是最早發(fā)現(xiàn)和研究的贗電容電極材料。過渡金屬鎳、鈷等具有多種價態(tài),為超大贗電容的產(chǎn)生提供了可能性。單一的金屬材料已經(jīng)不能滿足科技發(fā)展對超級電容器的要求,因此,越來越多的復(fù)合電極材料,如金屬化合物-碳復(fù)合材料、金屬化合物-聚合物復(fù)合材料、金屬氧化物-金屬硫化物復(fù)合材料,因其優(yōu)異的導(dǎo)電性、較高的穩(wěn)定性而受到研究人員的日益關(guān)注。本論文以鈷、鎳配合物為前驅(qū)體,通過熱處理方法得到氧化鈷/碳(CoO/C)、鎳/氧化鎳/碳納米管(Ni/NiO/CNTs)和鎳/二硫化三鎳(Ni/Ni_3S_2)復(fù)合材料,在堿性電解液中對三種電極材料進(jìn)行電化學(xué)測試并研究其電容性能,研究內(nèi)容如下:(1)采用固相反應(yīng)法,將硝酸鈷和三聚氰胺充分混合研磨,經(jīng)過煅燒得到CoO/C復(fù)合材料。采用紅外(IR)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、X射線光電子能譜(XPS)和X-射線衍射(XRD)等技術(shù)對材料進(jìn)行表征,結(jié)果表明CoO/C呈多孔狀形貌,增大了電極表面反應(yīng)的接觸面積。電化學(xué)測試結(jié)果證明,在電流密度為1 A/g時,CoO/C復(fù)合材料的比電容達(dá)到1015F/g。在電流密度為10 A/g時進(jìn)行循環(huán)穩(wěn)定性測試,1000次循環(huán)后,CoO/C復(fù)合材料的比電容保持率高達(dá)94.8%。以CoO/C為正極,以活性炭(AC)為負(fù)極,構(gòu)建CoO/C//AC非對稱電容器(ASC),其功率密度為798 W/kg時,能量密度為12.3 Wh/kg。(2)以鎳離子作為中心離子,以均苯三甲酸(H_3BTC)作為橋聯(lián)配體,通過水熱法合成球狀金屬配合物Ni-BTC。進(jìn)一步以Ni-BTC為前驅(qū)體,在氬氣氛圍中于435 ~oC下煅燒8 h。表征實(shí)驗(yàn)表明,均苯三甲酸含富六原子碳環(huán),在鎳離子的催化下可以轉(zhuǎn)化成碳納米管(CNTs),生長在材料表面,從而得到Ni/NiO/CNTs復(fù)合材料。電化學(xué)測試表明,在電流密度為4 A/g時,Ni/NiO/CNTs復(fù)合材料的比電容經(jīng)計算為1472 F/g,明顯高于Ni-BTC的比電容(738 F/g)。當(dāng)電流密度增加至20 A/g,Ni/NiO/CNTs和Ni-BTC的比電容分別降為748 F/g和508 F/g。在8 A/g下進(jìn)行5000次循環(huán)充放電后,Ni/NiO/CNTs的電容保持率比Ni-BTC高32.8%。實(shí)驗(yàn)表明Ni/NiO/CNTs復(fù)合材料具有更好的贗電容性能。以Ni/NiO/CNTs為正極、AC為負(fù)極構(gòu)成的Ni/NiO/CNTs//AC非對稱電容器,在810 W/kg的功率密度下,其能量密度高達(dá)27.9 Wh/kg。(3)將硝酸鎳和2-甲基咪唑溶于甲醇中,采用溶劑熱法,在140 ~oC下合成花狀Ni-ZIF材料。以升華硫作為硫源,以Ni-ZIF為前驅(qū)體,在管式爐中煅燒得到Ni/Ni_3S_2復(fù)合材料。相同條件下,不加硫源得到Ni/NiO復(fù)合材料。運(yùn)用SEM、TEM、XRD、XPS等方法對Ni/Ni_3S_2復(fù)合材料進(jìn)行表征,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,片狀的復(fù)合材料由Ni/Ni_3S_2納米粒子組成。在4 A/g的電流密度下,Ni-ZIF、Ni/Ni O和Ni/Ni_3S_2的比電容分別為1289 F/g、1324 F/g和2222 F/g。在20 A/g的電流密度下測試三種電極的穩(wěn)定性,1000次恒流充放電后,Ni/Ni_3S_2的保持率為73.4%,明顯高于Ni-ZIF(54.3%)和Ni/NiO(64.4%)。在兩電極體系中,以Ni/Ni_3S_2為正極、AC為負(fù)極,構(gòu)建了Ni/Ni_3S_2//AC非對稱電容器,在功率密度為800 W/kg時,能量密度為18.4 Wh/kg。
【圖文】：

不可再生能源。能源短缺勢必會在未來成為限可再生能源，特別是綠色、可再生能源的開。清潔能源，如太陽能、風(fēng)能、潮汐能等，具點(diǎn)，為了更好地利用這類能源，必須開發(fā)相應(yīng)。研究，可以追溯到 18 世紀(jì)中葉，，Dean Kleis早期研究和技術(shù)應(yīng)用做出了貢獻(xiàn)。萊頓瓶是最含水溶性酸性電解液的玻璃瓶。玻璃瓶的內(nèi)外屬棒的上端是金屬球、下端是金屬鏈，金屬）。當(dāng)帶電體與金屬球相互觸碰時，帶電體玻璃瓶內(nèi)壁，當(dāng)導(dǎo)電體與金屬球再次觸碰時，到儲存電荷的目的。近年來，人們對電能的研究也不斷加深，電容器行業(yè)逐漸發(fā)展起來。

圖 1-2 雙電層電容器結(jié)構(gòu)原理圖雙電層容器儲能機(jī)理與贗電容器儲能機(jī)理最大的差別在于其可逆性。雙在儲能過程中，充電與放電均不涉及電極材料的相變與化學(xué)組成的變化主要是將能量儲存在由電極和電解質(zhì)界面構(gòu)成的電化學(xué)雙層結(jié)構(gòu)上，因?qū)与娙莸拇笮≈饕Q于兩方面，一是電解質(zhì)離子，二是電解液可接觸材料的表面積[15]。如圖 1-2 所示，充電時，外電路的電子沿導(dǎo)線移動到，電解質(zhì)中的陰陽離子在溶液內(nèi)部與充電界面間遷移，使正負(fù)電荷分居開的界面。放電時，電極表面積累的電荷回到電解液中, 在外電路產(chǎn)生。充放電過程中沒有發(fā)生通過電極界面的電子遷移，僅僅是電容器電極子的缺乏與剩余，因此雙電層電容器的充放電過程高度可逆，其循環(huán)V）曲線的充電與放電部分表現(xiàn)為鏡像關(guān)系。由于充放電過程中無氧化發(fā)生，所以，電流隨電壓的變化以恒定速率遷移，在理想狀態(tài)下，雙電
【學(xué)位授予單位】：閩南師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O641.4;TB33

【參考文獻(xiàn)】

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1 朱平;蔡婷;韓高義;熊繼軍;;微型超級電容器PPy/GO-RuO_2復(fù)合膜電極的制備與電化學(xué)性能[J];無機(jī)材料學(xué)報;2015年05期

2 張建輝;夏文莉;;沉積條件對低溫各向同性熱解炭微觀結(jié)構(gòu)的影響[J];中國有色金屬學(xué)報;2015年01期

3 王其祥,宋寶珍,李洪鐘,潘海斌;XPS研究Fe_2O_3納米粒子表面包覆無機(jī)膜[J];無機(jī)材料學(xué)報;2002年04期

本文編號：2677083