發(fā)布時間：2018-02-27 19:53

  本文關(guān)鍵詞： 超級電容器 分級納米結(jié)構(gòu) 電池型材料 電極材料 復(fù)合材料　出處：《浙江理工大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：日常生活中,人們對電動汽車和便攜式電子設(shè)備的興趣不斷飆升,為了滿足實際需求,開發(fā)新能源存儲設(shè)備,是我們必須研究的重要課題。超級電容器,又稱為電化學電容器,因其具有與鋰離子電池和燃料電池互補的優(yōu)點,例如,高的功率密度、快速的充放電性能、較長的使用壽命、較高的安全性和環(huán)境友好兼容性等,已經(jīng)成為人們設(shè)想最有發(fā)展前途之一的新能源存儲設(shè)備。然而,許多電池電極材料其本身具有較低的導(dǎo)電率和儲能容量以及較差的倍率性能和穩(wěn)定性等缺點,因而大大限制了其在超級電容器方面的廣泛應(yīng)用。因此,在本文中,我們介紹幾種簡單的合成路線用于制備新型電極材料,利用該新型材料理想的微觀結(jié)構(gòu)和化學組分來提高材料在使用過程的利用率、離子擴散以及電子傳遞能力,進而改善材料的不足之處。論文的主要內(nèi)容如下:(1)通過兩步制備法在泡沫鎳上生長三維網(wǎng)狀的多孔Ni-Mo-O納米薄片陣列。結(jié)果顯示,合成的Ni-Mo-O納米片陣列在電流密度為1 A/g時具有很高的質(zhì)量比容量,最高可達138.7 m Ah/g,這比純的NiO納米片(在1 A/g下為22.3m Ah/g)高很多。另外,Ni-Mo-O納米片具有很好的倍率性能和顯著的循環(huán)穩(wěn)定性,經(jīng)過5000次循環(huán)后其容量還能保持起始值的77.7%。(2)通過兩步制備法在泡沫鎳上生長三維網(wǎng)狀分級的NiCo_2O_4@NiMoO_4核殼納米線/納米片陣列。結(jié)果顯示,合成的NiCo_2O_4@NiMo O_4復(fù)合電極在電流密度為10 m A/cm2時具有很高的面積比容量,最高可達805.6μAh/cm2,且具有優(yōu)異的倍率性能,當電流密度從10 m A/cm2增加到80 m A/cm2時,比容量仍為起始值的83.6%。另外,該電極具有顯著的循環(huán)穩(wěn)定性,經(jīng)過5000次循環(huán),比容量仍有循環(huán)前的81.3%。與此同時,使用NiCo_2O_4@NiMoO_4電極材料組裝的非對稱超級電容器器件,最高電容值為1.54 F/cm2,能量密度最高可達5.64 m Wh/cm3。(3)通過多步制備法在泡沫鎳上生長三維網(wǎng)狀分級的NiCo_2S_4@Ni(OH)_2核殼納米線/納米片陣列。結(jié)果顯示,合成的NiCo_2S4@Ni(OH)_2復(fù)合電極在電流密度為5 m A/cm2時具有很高的質(zhì)量比容量和面積比容量,最高值分別為240.3 m Ah/g和680μAh/cm2。具有優(yōu)異的倍率性能,當電流密度從5 m A/cm2增加到100 m A/cm2時,比容量仍為起始值的94.9%。并且,該電極具有顯著的循環(huán)穩(wěn)定性,在40 m A/cm2下循環(huán)2000次,比容量仍有循環(huán)前的81.4%。另外,使用NiCo_2S_4@Ni(OH)_2電極材料組裝的非對稱液態(tài)混合超級電容器器件,最高的能量密度功率密度分別為53.3 Wh/kg和6420 W/kg,同時具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性,經(jīng)過2000次循環(huán),比電容仍為循環(huán)前的98.8%。
[Abstract]:In daily life, people's interest in electric vehicles and portable electronic devices is soaring, in order to meet the actual needs, the development of new energy storage devices, is an important subject we must study. Supercapacitors, also known as electrochemical capacitors, Because of its complementary advantages with lithium-ion batteries and fuel cells, such as high power density, fast charge-discharge performance, long service life, high safety and environment-friendly compatibility, etc. It has become one of the most promising new energy storage devices. However, many battery electrode materials have the disadvantages of low conductivity and energy storage capacity, poor rate performance and stability, etc. Therefore, in this paper, we introduce several simple synthetic routes for the preparation of new electrode materials. The ideal microstructure and chemical composition of the new material are used to improve the utilization ratio, ion diffusion and electron transfer ability of the material. The main contents of this paper are as follows: 1) Three-dimensional porous Ni-Mo-O nanocrystalline arrays were grown on nickel foam by two-step preparation method. The synthesized Ni-Mo-O nanochip arrays have high mass specific capacity at current density of 1 A / g. Up to 138.7 m / g, which is much higher than pure NiO nanocrystals (22.3 Ah/ g at 1 A / g). In addition, Ni-Mo-O nanocrystals have good rate performance and remarkable cyclic stability. After 5, 000 cycles, the volume of NiCo_2O_4@NiMoO_4 nanowires / nanowires was maintained at 77.7 / 2 of the initial value.) Three-dimensional reticulated NiCo_2O_4@NiMoO_4 core-shell nanowires / nanowires were grown on nickel foam by a two-step preparation method. The synthesized NiCo_2O_4@NiMo O _ 4 composite electrode has a high area specific capacity at a current density of 10 Ma / cm ~ 2, up to 805.6 渭 Ah路 路cm ~ 2, and excellent rate performance. When the current density is increased from 10 Ma / cm ~ 2 to 80 Ma / cm ~ 2, the specific capacity is still 83.6% of the initial value. The electrode has remarkable cyclic stability. After 5000 cycles, the specific capacity of the electrode is still 81.3. At the same time, the asymmetric supercapacitor device is assembled using NiCo_2O_4@NiMoO_4 electrode materials. The maximum capacitance is 1.54 F / cm ~ (2) and the maximum energy density is 5.64 m / cm ~ (3) 路cm ~ (3)) Three-dimensional reticulated NiCo_2S_4@Ni(OH)_2 core-shell nanowires / nanowires are grown on nickel foam by multi-step preparation method. The results show that the maximum energy density is 5.64 m / cm ~ (-3). The synthesized NiCo_2S4@Ni(OH)_2 composite electrode has high mass specific capacity and high area specific capacity at a current density of 5 Ma / cm ~ 2, the highest values are 240.3 m Ah/g and 680 渭 Ahp 路cm ~ 2, respectively. The composite electrode has excellent rate performance. When the current density is increased from 5 Ma / cm ~ 2 to 100 Ma / cm ~ 2, The specific capacity is still 94. 9% of the initial value. Moreover, the electrode has remarkable cycle stability, at 40 Ma / cm 2, the specific capacity is still 81.4. In addition, the NiCo_2S_4@Ni(OH)_2 electrode material is used to assemble asymmetric liquid hybrid supercapacitor devices. The highest energy density power density is 53.3 Wh/kg and 6420 W / kg, respectively, and has excellent cycle stability. After 2 000 cycles, the specific capacitance is still 98.8%.
【學位授予單位】：浙江理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TB33;TM53

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