超級電容器（又稱電化學電容器）因其充電速度快、功率密度高、壽命長、易于維護和環(huán)境友好等優(yōu)點已成為便攜式設備、電動汽車等許多應用領域的新寵。過渡金屬硫化物作為潛在的電極材料,具有理論比容量高,儲量豐富,成本低等優(yōu)點。但電導率不高,循環(huán)性能不佳,法拉第電化學反應活性位點不足等問題仍制約其實際應用。本文以NiS,NiCo₂S₄和CuCo₂S₄為研究對象,通過優(yōu)化微觀形貌結(jié)構以及摻雜制備一元、二元、三元金屬硫化物,以期提高電極材料的電化學性能。主要工作如下:1.通過兩步水熱法和退火法合成不同結(jié)晶度的CuCo₂S₄電極材料。對不同結(jié)晶度的CuCo₂S₄進行物相、結(jié)構、微觀形貌以及電化學性能的測試。研究表明,退火處理對CuCo₂S₄材料的形貌結(jié)構影響很小,退火溫度越高,材料結(jié)晶度越高。結(jié)晶度對材料比電容的影響較大。晶體CuCo₂S₄的電化... 

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【學位級別】：碩士

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圖1.1雙電層電容器儲能機理示意圖[15]

浙江大學碩士學位論文4圖1.2贗電容器原理示意圖[15]Fig.1.2SchematicofchargestorageviatheprocessofPseudocapacitor[15]電解液中的離子在外電場的作用下，擴散至電極/溶液界面，于界面發(fā)生電化學反應，進入電極表面活性物質(zhì)中，放電時，原先進入電極材料的離子又通過反應進入電解液，基于此種機制存儲電荷。贗電容(C)由電荷(ΔQ)和電位(ΔV)的導數(shù)給出，即=()()(1.2)法拉第贗電容器最常用的電極材料是過渡金屬氧化物和導電聚合物[19]。贗電容器可以比雙電層電容器的容量大很多倍(約10~100)。但前者的功率性能低于后者，這是因為法拉第機制在充放電過程中會出現(xiàn)收縮和膨脹，導致循環(huán)壽命和機械穩(wěn)定性較差[20]。在過渡金屬氧化物中，被研究最多的材料是RuO2，理論贗電容可達1300Fg1的，根據(jù)最近的報道，最大比電容已經(jīng)達到720Fg1[21]。其高電容的原因是優(yōu)異的電化學可逆性和循環(huán)性。1.2.3混合電容器雙電層電容器和法拉第贗電容器均各有優(yōu)缺點，混合電容器則將二者結(jié)合。混合電容器是由雙電層電容材料和法拉第贗電容電極材料組合，如石墨烯或石墨和過渡金屬硫化物、導電聚合物和活性炭[22,23]。混合電容器可以承受更高的工作電壓，產(chǎn)生更高的電容。與傳統(tǒng)電容器，EDLC和贗電容器相比，其比電容可以提高2~3倍，并可將能量密度提高到20~30Whkg1[10]。混合超級電容器可以是對稱的，也可以是不對稱的，取決于組件的配置。由

第一章緒論5鋰插入電極和碳電極組成的混合超級電容器的原理圖如圖1.3所示。當混合超級電容器由兩個不同材料制成的不同電極組成時，表現(xiàn)出比單獨的超級電容器更好的電化學行為。與對稱型EDLC相比，混合型EDLC額定電壓，比能量，比電容均有提高。同時，不對稱系統(tǒng)在所有性能方面都具有異常優(yōu)越的性能，遠高于其他類型的超級電容器。因此，最適合超級電容器的系統(tǒng)是不對稱混合系統(tǒng)。圖1.3混合電容器儲能機理示意圖[15]Fig.1.3Schematicofchargestorageviatheprocessofhybridsupercapacitor[15]1.3超級電容器電極材料研究進展超級電容器的電荷存儲和電容在很大程度上取決于電極材料。因此，與傳統(tǒng)材料相比，采用具有高容量和高性能的新型材料是超級電容器器件的最大目標。超級電容器的電容取決于其特定電極材料的有效面積。然而，電解質(zhì)和電極材料相互作用的有效面積是有限的，不同材料的電容并不線性相關于其有效表面積[24]。因此，可發(fā)生電化學反應的部分被稱為電化學活性面積[25]。由上文可知，超級電容器有兩種儲能機制，但無論是雙電層電容器還是法拉第電容器，其電極材料的選擇均應具備以下標準：(1)大電化學活性表面積和孔隙率；(2)良好的表面潤濕性；(3)高電導率；(4)良好的循環(huán)穩(wěn)定性（>105次循環(huán)）；(5)形貌易于獲得（例如孔徑、孔分布、顆粒尺寸/分布）；(6)在較寬的工作電壓范圍內(nèi)具有熱力學穩(wěn)定性。目前，碳基材料，過渡金屬氧化物/氫氧化物/硫化物，導電聚合物和新型電極材料是超級電容器的幾大種類的電極材料。


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