面對環(huán)境污染的不斷加重以及傳統(tǒng)不可再生能源的日益消耗,研究開發(fā)清潔環(huán)保且可再生的能源迫在眉睫。然而,目前常見的可再生能源,如風(fēng)能、太陽能、潮汐能的穩(wěn)定性嚴(yán)重受到自然條件的影響,限制了它們的實際應(yīng)用效率與范圍。而超級電容器以其存儲性能好、釋放能量速度快、使用壽命長、溫度特性好和綠色環(huán)保等獨特性而倍受關(guān)注,成為研究熱點。通常超級電容器的性能取決于電極材料的特性,因此研發(fā)高性能電極材料成為提高超級電容器性能的關(guān)鍵。NiO、Ni(OH)_2和Ni_3S_2等鎳基材料具有理論比容量高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、來源豐富和制備容易等優(yōu)點,成為超級電容器電極材料的理想之選。然而NiO和Ni(OH)_2的低電導(dǎo)率和Ni_3S_2的易團(tuán)聚性,都影響了它們單獨作為電極材料的綜合電化學(xué)性能。若將它們復(fù)合,則可以利用物質(zhì)之間的協(xié)同作用實現(xiàn)優(yōu)勢互補,改善復(fù)合電極材料的綜合電化學(xué)性能。本論文以泡沫鎳為基底,將NiO和Ni(OH)_2分別與Ni_3S_2復(fù)合形成純鎳基復(fù)合材料。通過設(shè)計實驗方案,避免材料團(tuán)聚,改善材料的導(dǎo)電性以合成均勻分散的具有獨特結(jié)構(gòu)的電極材料,來提高電極材料的容量和循環(huán)性等電化學(xué)性能。本文的主要內(nèi)容如下:(1)通過水熱合成和熱處理相結(jié)合的方法制備了直接長在泡沫鎳上的NiO/Ni_3S_2復(fù)合納米材料。Ni_3S_2高的電導(dǎo)率改善了復(fù)合材料整體的導(dǎo)電性,彌補了NiO導(dǎo)電性差的缺點,同時將NiO/Ni_3S_2長在泡沫鎳上減小了界面電阻,形成了獨特的峭壁狀結(jié)構(gòu),增強了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。因此NiO/Ni_3S_2/NF作為超級電容器的電極材料展現(xiàn)出卓越的電化學(xué)性能。在2 mA cm~(-2)的電流密度下容量達(dá)到2.28 C cm~(-2),循環(huán)10 000圈后電容仍保持102%。另外,在這項工作中我們還以NiO/Ni_3S_2為正極,活性炭(AC)為負(fù)極組裝了混合超級電容器。該混合電容器同樣展現(xiàn)出了優(yōu)異的性能,其能量密度和功率密度分別可達(dá)43.99 Wh kg~(-1)和2305.80 W kg~(-1),循環(huán)5000圈后容量保持率為95.36%,并能成功點亮一系列LED燈。(2)通過水熱合成與電沉積相結(jié)合的方法設(shè)計并合成了長在泡沫鎳基底上的Ni_3S_2/Ni(OH)_2復(fù)合材料。首先合成在泡沫鎳上均勻生長的Ni_3S_2,避免其團(tuán)聚,增加其利用率。然后通過電沉積法將Ni(OH)_2沉積在Ni_3S_2表面之上,形成分層結(jié)構(gòu)。在電化學(xué)反應(yīng)過程中Ni(OH)_2對底層的Ni_3S_2起到了保護(hù)作用,因此在電化學(xué)測試中Ni_3S_2/Ni(OH)_2/NF表現(xiàn)出超強的循環(huán)穩(wěn)定性,循環(huán)30 000圈后容量保持率高達(dá)113%。同時相比單純的Ni_3S_2和Ni(OH)_2電極,Ni_3S_2/Ni(OH)_2/NF容量也得到了提高,在2 mA cm~(-2)的電流密度下,可提供1.58 C cm~(-2)的電容量。同樣地,我們以Ni_3S_2/Ni(OH)_2/NF為正極,AC為負(fù)極組裝了混合超級電容器。該混合超級電容器可實現(xiàn)30.23 Wh kg~(-1)的能量密度和3875 W kg~(-1)的功率密度。
【學(xué)位單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB33;TM53

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本文編號：2821410