隨著便攜式電子設(shè)備的需求不斷增長(zhǎng),柔性、可穿戴、可折疊和小巧的電子產(chǎn)品相繼出現(xiàn),為其提供能量的儲(chǔ)存器件輕、薄、柔等方向發(fā)展。另外,不斷惡化的能源和全球變暖問(wèn)題急需開(kāi)發(fā)清潔和高性能的儲(chǔ)能裝置。在眾多儲(chǔ)能器件中,超級(jí)電容器,尤其是柔性固態(tài)超級(jí)電容器由于充放電速度快、功率密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全環(huán)保和力學(xué)性能優(yōu)良（可在任意變形時(shí)仍保持良好的電化學(xué)性能）等優(yōu)點(diǎn)而引起廣泛關(guān)注。提高器件的儲(chǔ)能密度和增強(qiáng)器件承載柔性變形的能力是柔性超級(jí)電容非常重要的研究方向。其儲(chǔ)能密度可以通過(guò)提高電極材料的比電容、設(shè)計(jì)非對(duì)稱(chēng)型超級(jí)電容器來(lái)提升,而器件柔性變形能力的改善則需要優(yōu)化電極結(jié)構(gòu)和器件結(jié)構(gòu)。電極材料作為超級(jí)電容器的重要組成部分,擔(dān)負(fù)著能量存儲(chǔ)和實(shí)現(xiàn)器件柔性可穿戴等多重功能,結(jié)構(gòu)與形貌設(shè)計(jì)對(duì)其電容性能有著十分重大的影響�；谝陨戏治�,本文中首先使用石墨烯紙作為柔性基底和集流體來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)粘合劑柔性電極的合成,通過(guò)簡(jiǎn)單易行的電沉積和氨氣退火處理,制備了負(fù)載在柔性石墨烯上（GP）的多孔Ni-Co-N納米片（Ni-Co-N/GP）。制備的雜化多孔電極具有較高的電子導(dǎo)電性和較大的比表面積,有利于離子擴(kuò)散和電化學(xué)反應(yīng)。與Ni... 

【文章來(lái)源】：濟(jì)南大學(xué)山東省

【文章頁(yè)數(shù)】：81 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

四種儲(chǔ)能元件功率密度和能量密度的Ragone圖[4]

基于柔性超級(jí)電容器的三維納米電極材料的電化學(xué)性能研究及器件構(gòu)建20圖3.1實(shí)驗(yàn)過(guò)程流程圖以及對(duì)應(yīng)的實(shí)物圖（2）負(fù)極石墨烯氧化物紙的制備首先，取25mL的濃硫酸與同體積的濃硝酸混合均勻，作為電化學(xué)處理的電解液。采用三電極恒電位方法進(jìn)行處理，對(duì)電極為鉑片（1cm×1cm），參比電極為Ag/AgCl，石墨烯紙為工作電極，保證石墨烯紙的浸入濃酸電解液的面積為2cm×2cm。設(shè)置恒電位電壓為3V，電化學(xué)處理時(shí)間為1min。取出處理完畢后的石墨烯紙，用去離子水反復(fù)沖洗，除去殘留的濃酸，然后真空干燥箱中60oC干燥12h后得到氧化后的石墨烯紙（GOP）。（3）對(duì)比樣品氮化鈷和氮化鎳的制備此外，還分別以4mM六水合硝酸鎳、8mM六水硝酸鈷溶液為電解質(zhì)，通過(guò)相同條件的電化學(xué)沉積和氮化處理方法合成了CoN/GP和Ni3N/GP。3.3結(jié)果與討論3.3.1正極形貌結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能表征本實(shí)驗(yàn)基底GP以及合成的NiCo2O4/GP和Ni-Co-N/GP的X射線衍射譜圖如圖3.2所示，通過(guò)XRD譜圖觀察到每個(gè)樣品在53.9o處都有一個(gè)弱衍射峰，對(duì)應(yīng)六方石墨結(jié)構(gòu)的（004）晶面。電化學(xué)沉積合成的NiCo2O4/GP在18.9o、31.1o、36.7o、44.7o、55.5o和64.9o處的衍射峰，可以很好地分別對(duì)應(yīng)于尖晶石NiCo2O4晶體的（111）、（220）、（311）、（400）、（422）和（440）晶面（JCPDSNo.20-0781）。氨氣處理后的樣品Ni-Co-N/GP，除了GP的石墨結(jié)構(gòu)的峰還存在外，NiCo2O4的衍射峰都消失了，而在36.1o、44.5o和61.3o處出現(xiàn)了新衍射峰，峰的位置與CoN（JCPDSNo.16-0116）的（111），（200）和（220）

濟(jì)南大學(xué)碩士學(xué)位論文21晶面分別對(duì)應(yīng)。另外在42.1o和70.6o處檢測(cè)到一些弱衍射峰，這可能是由于Ni3N（JCPDSNo.10-0280）的弱結(jié)晶性或Ni原子以摻雜到CoN中形成出現(xiàn)的。圖3.2GP、NiCo2O4/GP和Ni-Co-N/GP的X射線衍射譜圖。為了觀察樣品的微觀形貌結(jié)構(gòu)，首先對(duì)不同制備階段下得到的樣品進(jìn)行了場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（FESEM）表征。從圖3.3a中可以看出原始GP具有比較平坦的表面，從橫截面圖像可以看出其GP是由氧化石墨烯納米片組成的分層堆疊結(jié)構(gòu)，其厚度約為70μm。圖3.3b和c是電沉積后的樣品不同放大倍數(shù)的掃描圖，從圖可以看出GP表面上均勻地覆蓋大量NiCo2O4納米片，納米片之間相互連接形成網(wǎng)絡(luò)，且存在大量的開(kāi)放空間，這樣的結(jié)構(gòu)表明了該材料擁有大量電化學(xué)表面活性位點(diǎn)。在對(duì)NiCo2O4納米片進(jìn)行氨氣氮化理后，如圖3.3d所示，在保持納米片的形狀上出現(xiàn)了大量的孔，這種具有中孔結(jié)構(gòu)的納米片為超級(jí)電容器提供了更多的活性位點(diǎn)。另外，通過(guò)材料的橫截面觀察到Ni-Co-N多孔納米片緊密生長(zhǎng)在GP上，這種緊密的連接有利于Ni-Co-N活性物質(zhì)與電流之間的電荷轉(zhuǎn)移（3.3e）。另外對(duì)樣品進(jìn)行了氮?dú)馕?脫附實(shí)驗(yàn)，通過(guò)Brunauer-Emmett-Teller（BET）比表面積分析方法研究了獨(dú)特的雜化材料的比表面積和多孔性。圖3.4a是GP、NiCo2O4/GP和Ni-Co-N/GP的氮?dú)馕?脫附等溫曲線。從圖中的等溫曲線可以看出Ni-Co-N/GP存在介孔結(jié)構(gòu)。計(jì)算結(jié)果表明，GP對(duì)于比表面積的貢獻(xiàn)很小，Ni-Co-N/GP的BET表面積為108m2g1，大于NiCo2O4/GP的比表面積（85m2g1）。這說(shuō)明了Ni-Co-N/GP樣品能夠提供更多的活性位點(diǎn)。從孔徑分布圖（3.4b）中可以看出Ni-Co-N/GP的孔徑分布在2.6nm處出現(xiàn)峰，說(shuō)明雜化結(jié)構(gòu)中含有大量的介孔，并且連續(xù)的孔徑范圍有利于離子擴(kuò)散和電化學(xué)反應(yīng)?

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：3594827