發(fā)布時(shí)間：2017-12-15 14:12

  本文關(guān)鍵詞：錳基超級(jí)電容器電極微納結(jié)構(gòu)激光復(fù)合制備技術(shù)

  更多相關(guān)文章： 激光熔覆 飛秒激光刻蝕 脫合金 化學(xué)氧化 微納結(jié)構(gòu)

【摘要】：隨著現(xiàn)代社會(huì)的飛速發(fā)展,環(huán)境惡化和能源短缺問題越來越突出,具有能量存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換功能的新型儲(chǔ)能器件成為解決能源危機(jī)的重點(diǎn)手段之一。超級(jí)電容器作為一種結(jié)合高功率密度、高能量密度和較長(zhǎng)使用壽命的新型儲(chǔ)能器件得到廣泛關(guān)注。超級(jí)電容器的性能取決于電極材料和結(jié)構(gòu)。本課題針對(duì)目前電極結(jié)構(gòu)分別實(shí)現(xiàn)功能化和結(jié)構(gòu)化制備存在的問題,通過激光加工-化學(xué)加工復(fù)合方法在基體表面直接生長(zhǎng)具有高比表面積和孔隙率的電極材料,實(shí)現(xiàn)超級(jí)電容器電極材料-結(jié)構(gòu)-功能一體化制造。課題以碳酸錳和氧化錳電極材料為研究對(duì)象,分別開展激光熔覆-脫合金、飛秒激光刻蝕-化學(xué)氧化復(fù)合方法的研究。通過激光熔覆-脫合金復(fù)合方法制備碳酸錳微球電極:在基體上,將混合的銅、錳粉末利用激光熔覆的方式制備特定厚度的銅-錳合金層,通過脫合金法在合金層表面生長(zhǎng)出均勻分布的碳酸錳微球,微球直徑5~10μm,表面由尺寸200 nm左右的凸起棱角組成,最大比電容為388.0 mF·cm-2。通過對(duì)碳酸錳微球的表征與分析,初步確立了激光熔覆制備的銅-錳合金在脫合金初期的單相溶解與脫合金后期的形核、長(zhǎng)大和熟化,提出微球的形成機(jī)制。通過飛秒激光刻蝕-化學(xué)氧化方法制備微納結(jié)構(gòu)氧化錳電極:利用飛秒激光在高純錳表面刻蝕微納結(jié)構(gòu),通過化學(xué)氧化把錳轉(zhuǎn)化為氧化錳。其中,錐形陣列氧化錳電極比電容為258.5 mF·cm-2,經(jīng)過2000次循環(huán)電容損失15%,循環(huán)性能良好。上述兩種復(fù)合方法均能獲得區(qū)別于薄膜的具有相當(dāng)厚度的三維微納米結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)具有較高的比表面積,同時(shí)又與基體之間實(shí)現(xiàn)了冶金結(jié)合,初步實(shí)現(xiàn)了電極材料-結(jié)構(gòu)-功能一體化制造。研究結(jié)果也為其它能源器件電極結(jié)構(gòu)制造提供了新思路。
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM53

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本文編號(hào)：1292241