超級電容器(supercapacitor)作為一種新型的儲能器件,由于其具有充放電速度快、功率密度高、循環(huán)壽命長、安全無污染等優(yōu)點受到了人們的廣泛關(guān)注。然而,低的能量密度限制了超級電容器商業(yè)化應(yīng)用的進程。目前,提高超級電容器能量密度方法主要是新型電極材料的研發(fā)和非對稱型超級電容器的組裝。金屬有機骨架化合物(Metal-Organic Frameworks,MOFs)由于其尺寸可控、中心金屬離子具有氧化還原性、擁有超高的比表面積和孔體積,具備成為高性能超級電容器新型電極材料的潛力。本論文以鎳基金屬有機骨架化合物(Ni-MOF)作為研究對象,采用不同的合成策略制備出具有優(yōu)異電化學(xué)性能的Ni-MOF及Ni-MOF復(fù)合材料,探討電化學(xué)活性添加劑以及Ni-MOF基電極材料的形貌尺寸、物相組成、晶體結(jié)構(gòu)對超級電容器性能的影響規(guī)律,以促進MOFs在電化學(xué)領(lǐng)域的研究和發(fā)展。采用簡單的溶劑熱法合成出具有片狀形貌的Ni-MOF,詳細討論了其獨特的晶體結(jié)構(gòu)。通過使用氧化還原添加劑提高了Ni-MOF的電荷儲存能力,電化學(xué)恒流充放電測試表明在電解液中加入K₄Fe(CN)₆

【文章頁數(shù)】：143 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題背景及研究的目的和意義
    1.2 超級電容器的簡介
        1.2.1 超級電容器的儲能機制
        1.2.2 超級電容器的電極材料
        1.2.3 超級電容器的電解液
    1.3 金屬有機骨架化合物的概述
    1.4 金屬有機骨架電極材料的研究進展
        1.4.1 金屬有機骨架化合物在鋰離子電池領(lǐng)域的應(yīng)用
        1.4.2 金屬有機骨架化合物在電催化領(lǐng)域的應(yīng)用
        1.4.3 金屬有機骨架化合物在超級電容器領(lǐng)域的應(yīng)用
    1.5 本文的主要研究內(nèi)容
第2章 實驗原料及分析方法
    2.1 實驗原料及所用儀器
        2.1.1 實驗主要原料
        2.1.2 實驗主要儀器
    2.2 實驗主要表征手段
        2.2.1 X射線衍射(XRD)
        2.2.2 掃描電子顯微鏡(SEM)
        2.2.3 透射電子顯微鏡(TEM)
        2.2.4 原子力顯微鏡(AFM)
        2.2.5 比表面積及孔徑分析儀(BET)
        2.2.6 X射線光電子能譜儀(XPS)
        2.2.7 傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)
    2.3 電化學(xué)測試方法
        2.3.1 循環(huán)伏安測試
        2.3.2 恒流充放電測試
        2.3.3 交流阻抗測試
    2.4 電化學(xué)計算方法
        2.4.1 比容量的計算
        2.4.2 質(zhì)量匹配的計算
        2.4.3 能量密度的計算
        2.4.4 功率密度的計算
第3章 層狀Ni-MOF的制備及Fe(CN)6
4-/Fe(CN)6
3-對其電化學(xué)性能影響
    3.1 引言
    3.2 電極材料的制備及器件組裝
        3.2.1 層狀Ni-MOF的制備
        3.2.2 電極的制作和非對稱型超級電容器的組裝
    3.3 層狀Ni-MOF的表征
        3.3.1 層狀Ni-MOF的結(jié)構(gòu)表征
        3.3.2 層狀Ni-MOF的形貌與晶體結(jié)構(gòu)分析
    3.4 三電極體系下電化學(xué)性能測試
        3.4.1 層狀Ni-MOF電極材料電化學(xué)性能
        3.4.2 儲能機理研究
    3.5 Ni-MOF//CNTs-COOH非對稱超級電容器性能
    3.6 本章小結(jié)
第4章 混合雙中心金屬有機骨架化合物的制備及其電化學(xué)性能
    4.1 引言
    4.2 電極材料的制備及器件組裝
        4.2.1 花狀M-MOFs電極材料的制備
        4.2.2 電極的制作和非對稱超級電容器的組裝
    4.3 Co/Ni-MOF和 Zn/Ni-MOF的表征
        4.3.1 Co/Ni-MOF和 Zn/Ni-MOF的形貌表征
        4.3.2 Co/Ni-MOF和 Zn/Ni-MOF的結(jié)構(gòu)表征
    4.4 三電極體系下M-MOFs電極材料的電化學(xué)性能測試
    4.5 二電極體系下的電化學(xué)性能測試
        4.5.1 Co/Ni-MOF//CNTs-COOH非對稱超級電容器性能
        4.5.2 Zn/Ni-MOF//CNTs-COOH非對稱超級電容器性能
    4.6 本章小結(jié)
第5章 MOF催化法合成Zn/Ni-MOF@PPy復(fù)合材料及其電化學(xué)性能
    5.1 引言
    5.2 電極材料的制備及器件組裝
        5.2.1 花狀Zn/Ni-MOF電極材料的制備
        5.2.3 電極的制作和非對稱超級電容器的組裝
    5.3 Zn/Ni-MOF@PPy的表征
        5.3.1 Zn/Ni-MOF@PPy的形貌表征
        5.3.2 Zn/Ni-MOF@PPy的結(jié)構(gòu)表征
        5.3.3 合成機理研究
    5.4 三電極體系下Zn/Ni-MOF@PPy-n材料的電化學(xué)性能測試
    5.5 兩電極體系下電化學(xué)性能測試
        5.5.1 CNTs-COOH負極材料電化學(xué)性能測試
        5.5.2 Zn/Ni-MOF@PPy//CNTs-COOH非對稱超級電容器性能
    5.6 本章小結(jié)
第6章 以Ni(OH)₂為模板制備具有高取向Ni(OH)₂@Ni-MOF的電化學(xué)性能
    6.1 引言
    6.2 電極材料的制備及器件組裝
        6.2.1 電極材料的制備
        6.2.2 同質(zhì)雙極性超級電容器的組裝
    6.3 Ni(OH)₂/NF和 Ni(OH)₂@Ni-MOF/NF的表征
        6.3.1 Ni(OH)₂/NF和 Ni(OH)₂@Ni-MOF/NF的形貌表征
        6.3.2 Ni(OH)₂/NF和 Ni(OH)₂@Ni-MOF/NF的結(jié)構(gòu)表征
    6.4 三電極體系下電化學(xué)性能測試
        6.4.1 Ni(OH)₂與Ni(OH)₂@Ni-MOF正極的電化學(xué)性能測試
        6.4.2 Ni(OH)₂@Ni-MOF負極的電化學(xué)性能測試
    6.5 兩電極體系下電化學(xué)性能測試
    6.6 本章小結(jié)
結(jié)論
創(chuàng)新點
展望
參考文獻
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果
致謝
個人簡歷



本文編號：3740793

boshi