發(fā)布時間：2020-08-14 20:32

【摘要】：近年來,超級電容器作為一種新型的儲能裝置,因其比功率高,比容量大,循環(huán)性能好,低成本維護以及經(jīng)濟環(huán)保等優(yōu)點,成為新型化學能源研究中的熱點之一。開發(fā)具有高功率密度與高能量密度的超級電容器材料是電容器研究的主要方向。在各種電極材料中,過渡金屬氧化物由于它們是在電極與電解質界面之間發(fā)生快速可逆的法拉第氧化還原反應,具有超高的比容量而成為研究的熱點。早期使用的貴金屬氧化物(如氧化釕)是一種非常優(yōu)異的贗電容電極材料,但由于其昂貴價格,很難得到廣泛的應用,因此尋求具有優(yōu)異電化學性能的賤金屬氧化物具有重要的研究意義。本論文中通過簡單的方法,包括水熱法與溶劑熱法,制備了鉬酸鉍(Bi3.63Mo0.36O6.55,Bi2MoO6)、鎢酸鉍(Bi3.84W0.16O6.24,Bi2WO6)、氧氯化鉍(BiOCl)這幾種Bi基過渡金屬含氧酸鹽及其復合材料,并采用X-射線衍射(XRD),掃描電鏡(SEM),透射電鏡(TEM),光電子能譜(XPS),拉曼光譜(Raman)等表征手段對材料的結構、形貌以及元素組成進行了分析。此外,利用電化學測試,包括循環(huán)伏安(CV)、恒電流充放電(GCD)以及電化學阻抗(EIS)等,研究了材料的電化學性能。主要工作如下:(1)贗電容電極材料的電化學性能影響因素有很多,其中一個就是電極材料內部的微觀結構。本章節(jié)通過簡單的溶劑熱法,通過調節(jié)乙醇與乙二醇溶劑的比例,制備出均勻的γ-Bi2Mo06納米卷。卷狀結構相對于其他溶劑比例條件下制備的片狀結構具有更好的電導率,能夠更有效地促進電極材料與電解質之間電荷傳遞,從而能夠提升材料的電化學性能。在1Ag-1的電流密度下,γ-Bi2Mo06納米卷的比電容能夠達到317Fg-1,并且在3000次循環(huán)以后,電容保持率超過了 80%,表現(xiàn)了良好的循環(huán)穩(wěn)定性。(2)Mo03是一種廉價環(huán)保的過渡金屬氧化物,最近有許多關于Mo03作為贗電容電極材料的報道,鉬酸鉍(Bi3.63Mo0.36O6.55,Bi2Mo06)的結構可以用Bi2O3·nMoO3通式來表達,其中既具有MoO3又具有Bi203,本章通過簡單的水熱法,調節(jié)溶液的pH值制備 了三種 Bi3.64Mo0.36O6.55,Bi2Mo06 與 Bi3.64Mo0.36O6.55/Bi2MoO6 納米材料。電化學測試表明Bi3.64Mo0.36O6.55具有最佳的電化學性能,在1Ag-1的電流密度下,能夠達到998 F g-1,并且在5000次循環(huán)以后能夠保持80%的電容量,要明顯高于Bi2Mo06,這是因為Bi3.64Mo0.36O6.55 比 Bi2MoO6 具有更高的 Bi 含量。(3)隨著納米技術的發(fā)展,單一的納米材料在某一特定性能上已經(jīng)無法滿足大家對它的需求,因此復合納米材料開始進入大家的視線,鎢酸鉍與鉬酸鉍具有相同的結構與性能,且有文獻報道鎢酸鉍作為贗電容電極材料,因此選用鎢酸鉍與鉬酸鉍進行復合。本章通過簡單的水熱法,在上一章的反應條件下,加入鎢酸鈉作為鎢源,調節(jié)pH=11-13時合成了 Bi3.64Mo0.3606.55/Bi3.84W0.1606.24 復合材料,pH=3-5 時合成了 Bi2MoO6/BiWO6納米材料。通過電化學測試發(fā)現(xiàn)它們比單一的Bi3.64Mo0.36O6.55與Bi2MoO6具有更好的電化學性能。Bi3.64Mo0.36O6.55/Bi3.84W0.1606.24 在 1Ag-1 的電流密度下,能夠達到1056 Fg-1,并且在3000次循環(huán)以后能夠保持80%的電容量;Bi2MoO6/BiW06在1Ag-1的電流密度下,能夠達到699 F g-1,并且在3000次循環(huán)以后也能夠保持80%的電容量。(4)水相條件下制備的鉬酸鉍復合材料能夠有效提升其電化學性能,醇相條件下也同樣能制備鉬酸鉍復合材料來提升其電化學性能。BiOCl獨特的層狀結構和強的內部電子磁場,能夠使光生電子與空穴之間有效快速地分離,是一個良好的載流子分離的載體,因此這里考慮將BiOCl與鉬酸鉍結合制備復合納米材料。本章中發(fā)現(xiàn)在溶劑熱法制備γ-Bi2Mo06的過程中,只要在溶劑中加入二氯甲烷(CH2C12),就能將其作為C1-源一步法合成Bi2MoO6/BiOCl異質結復合材料,電化學測試也表明了復合以后材料的電化學性能大大增加,在1Ag-1的電流密度下,能夠達到651 F g-1,是單一的γ-Bi2Mo06的兩倍,并且由于其特殊的生長機理,使得材料具有很好的電化學穩(wěn)定性,在5000次循環(huán)以后能夠保持80%的電容量。
【學位授予單位】：南京理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB383.1;TM53
【圖文】：

電極中就會存儲大量的電荷。根據(jù)上式的反應過程可以看出，在放電時進入氧化物逡逑中的離子又會重新回到電解液中，所存儲的電荷也會通過外電路釋放出來，這就是法拉逡逑第贗電容的充放電原理，其充放電模式如圖１．２ｂ所示。因此，在相同的電極表面積下，逡逑６逡逑

咯及聚噻吩等導電聚合物［３４４°］。逡逑１．２．５超級電容器的組成逡逑電化學電容器主要包括：集流體、電解質、電極活性材料和隔膜。（如圖１．３）逡逑工作電極和電解液是影響超級電容器的電化學性能的主要因素，電極材料和電解液逡逑之間應該充分地接觸，其決定了電容器的儲能性能。但其他部分也很重要，只有所有的逡逑部件協(xié)同作用才能使超級電容器的電化學性能發(fā)揮最佳。逡逑Ｄ邋？逡逑．）：ｓ：遽．邐Ｂｏ，ｔ？ｌ逡逑ＰＴＦＥ邐Ｓｔａｉｎ邋ｌｅｓｓ邋ｓｔｅｅｌ邋ｐｌａｔｅ邐ＰＴＦＥ逡逑１邐１邋Ｃｕｒｒｅｎｔ邋Ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ逡逑＞邋Ｉ邋Ｓｅｐａｒａｔｏｒ邋Ｉ邋＞逡逑Ｃｕｒｒｅｎｔ邋Ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ逡逑￡邐Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ邋ｓｔｅｅ！邋ｐｌａｔｅ邐三逡逑圖１．邋３超級電容器的結構圖逡逑Ｆｉｇ．邋１．３邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒｓ逡逑集流體作為基地，是指介于電極的活性物質與外引出電極之間的導電結構的部分，逡逑可以收集電流，降低電極的內阻。集流體一般選用電阻較小，導電性能良好、機械強度逡逑高且不容易被電解液腐蝕的材料，例如：導電玻璃，碳布纖維、金屬網(wǎng)、泡沫鎳等。其逡逑中，經(jīng)常使用的集流體為泡沫鎳，由于其具有良好的導電率和３Ｄ納米結構逡逑隔膜的主要作用為阻隔兩個電極物理接觸

逡逑Ｙａｎｇ等通過煅燒Ｎｉ（ＯＨ）２與碳單質的混合物，取出不同階段的產物即得到了單、逡逑雙、三層殼的ＮｉＯ納米空心球，這種方法被定義為簡單的層層自組裝法（圖１．７）。通過逡逑對三種類型的氧化鎳納米空心球作為活性電極材料時的超電容性能測試得出，具有雙層逡逑殼的ＮｉＯ空心納米球樣品的最大比表面積為９２．邋９９邋ｍ２邋ｇ－１，在０．５邋Ａ邋ｇ－１的電流密度下，逡逑具有６１２．５邋Ｆｇ－１的高比電容，１０００次循環(huán)充放電后的電容保持率高達９０％。這樣的優(yōu)良逡逑性能歸因于短的擴散路徑和獨特的中空結構。逡逑ＮＳ２＋邐Ｕｒｅａ邐Ｎｉ２＋邐Ｕｒｅａ邐Ｎｉ２＋邐Ｕｒｅａ逡逑◎V逡逑｜Ｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎ邐｜邋Ｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎ邐｜邋Ｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎ逡逑0邐？邐＃逡逑Ｓ－ＮｉＯ邐Ｄ－ＮｉＯ邐Ｔ．ｌＳｉＯ逡逑W邋Ｃａｒｂｏｎ邋ｓｐｈｅｒｅｓ邋ＨＮｉ２＋邋ｉｏｎｓ邋Ｎｉ（ＯＨ）２邋Ｑ邋ＮＩＯ邋？．．．邋Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ逡逑圖１．７多殼層ＮｉＯ中空納米微球的形成機理圖［１Ｄ１】逡逑Ｆｉｇ．邋１．７邋Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ邋ｓｃｈｅｍｅ邋ｏｆ邋ｍｕｌｔｉｓｈｅｌｌｅｄ邋ＮｉＯ邋ｈｏｌｌｏｗ邋ｎａｎｏｓｐｈｅｒｅｓ邋［１０１］逡逑Ｙｕ等＠２］合成ＮｉＯ多孔納米片空心球并對其作為超級電容器電極的電化學性能進逡逑行了測試。圖１．８為其制備流程：首先合成帶有羧基（ＣＰＳ）的聚苯乙烯納米微球，之逡逑后將其活化，隨后通過電沉積方法讓Ｎｉ沉積到ＣＰＳ，得到羧基與Ｎｉ的核殼結構的納米逡逑粒子

【參考文獻】

相關期刊論文 前4條

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本文編號：2793514