本文選題：超薄片狀 + 鎳鈷基納米復(fù)合材料�。� 參考：《吉林大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：在文中,三維多孔的泡沫鎳被選作基體,在合適的水熱條件下原位生長(zhǎng)不同形態(tài)和結(jié)構(gòu)的鎳鈷基納米復(fù)合材料。它們直接用作電極材料,避免粘結(jié)劑的使用,這極大地增強(qiáng)了活性物質(zhì)的電化學(xué)活性。超薄片狀鎳鈷基氫氧化物(Ni1Co2)通過一鍋反應(yīng)成功地生長(zhǎng)到泡沫鎳上制備。在反應(yīng)中,不需要添加額外的堿源,利用硝酸鹽中的NO_3~-離子釋放OH~-離子,并且伴隨著部分Co2+離子的氧化。制備的Ni1Co2展現(xiàn)出超薄的納米片結(jié)構(gòu),片狀Ni1Co2的厚度主要集中在5到13 nm之間。用于電化學(xué)測(cè)試,確保Ni1Co2復(fù)合物與電解質(zhì)充分的接觸和快速的電荷轉(zhuǎn)移。在三電極體系測(cè)試中(3 M KOH電解質(zhì)),自立式Ni1Co2電極片表現(xiàn)出超高的的比電容(在1 A g-1下2654.9 F g-1),良好的循環(huán)穩(wěn)定性(在10 A g-1高電流密度下1500次循環(huán)后有著77%保留率)。為了進(jìn)一步研究它的電化學(xué)性質(zhì),簡(jiǎn)單的非對(duì)稱超級(jí)電容器(ASC)被設(shè)計(jì),使用Ni1Co2納米片作為正極和活性炭(AC)作為負(fù)電極,并記為Ni1Co2//AC。這個(gè)Ni1Co2//AC ASC擁有寬的電壓窗口(0-1.6 V),呈現(xiàn)出優(yōu)秀的42.4 W h kg-1的能量密度(功率密度為823.2 W kg-1)和仍然保留了24.8 W h kg-1(10170.8 W kg-1)。與此同時(shí),ASC裝置依然擁有良好的循環(huán)穩(wěn)定性(5 A g-1的電流密度下循環(huán)3000次保留94%的容量)。鈷摻雜氫氧化鎳/三硫化二鎳復(fù)合物(Ni Co-10)通過簡(jiǎn)易的一鍋水熱反應(yīng)伴隨兩步控溫的方式原位生長(zhǎng)在泡沫鎳,避免復(fù)雜的生產(chǎn)過程或高端技術(shù)的使用。有趣的是,Ni Co-10呈現(xiàn)出了一種獨(dú)特一維仙人鞭狀(1D SL)結(jié)構(gòu),其內(nèi)部由超薄納米片組成。我們選擇反應(yīng)的各個(gè)階段(90加熱4小時(shí),90加熱4小時(shí)隨后110度加熱5小時(shí),90加熱4小時(shí)隨后110度加熱10小時(shí))進(jìn)行對(duì)比,得出了整個(gè)轉(zhuǎn)變過程。隨著反應(yīng)的進(jìn)行,納米片狀結(jié)構(gòu)逐漸向仙人鞭狀轉(zhuǎn)變,而生成物中鈷元素含量也在逐漸增加。在水熱條件下直接作為超級(jí)電容器,無(wú)粘結(jié)劑的Ni Co-10電極展現(xiàn)超高的比容量(在1 A g-1下3023.4 F g-1)和優(yōu)秀的倍率性能(即使在20 A g-1下電容保留率可達(dá)82.9%),這些都?xì)w功于這種獨(dú)特的開放的超薄仙人鞭狀結(jié)構(gòu)。同時(shí),在組裝非對(duì)稱超級(jí)電容器過程中,其中Ni Co-10用作是正極,并用活性炭(AC)作為負(fù)極。這非對(duì)稱的裝置可以表現(xiàn)出高比電容值為136.2 F g-1(在1 A g-1的電流密度),高能量密度的51.5 W h kg-1(在0.825 k W kg-1的密度)和23.0 W h kg-1(即使在8.25 k W kg-1),和適當(dāng)?shù)难h(huán)穩(wěn)定性。這些電極材料的制備過程簡(jiǎn)易,合成材料廉價(jià)、環(huán)保。不僅如此,這些制備電極材料在電化學(xué)測(cè)試中顯示出高的能量?jī)?chǔ)存、優(yōu)異倍率性能和在電化學(xué)作用下較好的穩(wěn)定性,這些優(yōu)勢(shì)使得它們能使其成為一個(gè)有前途的儲(chǔ)能電極材料。
[Abstract]:In this paper, three dimensional porous nickel foam was selected as matrix, and different morphology and structure of nickel and cobalt matrix nanocomposites were grown in situ under suitable hydrothermal conditions. They are directly used as electrode materials to avoid the use of binders, which greatly enhance the electrochemical activity of active substances. Ultrathin nickel-cobalt hydroxide Ni _ 1Co _ 2) was prepared on foamed nickel by one-pot reaction. In the reaction, no additional alkali source is needed, and the NO3 + ion in the nitrate is used to release the OH- ion, which is accompanied by the oxidation of part of the Co2 ion. The prepared Ni1Co2 exhibits ultrathin nanochip structure, and the thickness of flake Ni1Co2 is mainly between 5 nm and 13 nm. For electrochemical testing to ensure adequate contact with electrolytes and rapid charge transfer of Ni1Co2 complexes. In the three-electrode system test, the self-supporting Ni1Co2 electrode showed high specific capacitance (2654.9 F g -1 at 1 A g ~ (-1) and good cycle stability (77% retention rate after 1500 cycles at high current density of 10 A g ~ (-1). In order to further study its electrochemical properties, a simple asymmetric supercapacitor was designed, using Ni1Co2 nanoparticles as positive electrode and activated carbon acid) as negative electrode, and denoted as Ni _ 1Co _ 2 / A _ c. The Ni1Co2//AC ASC has a wide voltage window of 0-1.6 V ~ (-1), showing excellent energy density (power density of 823.2 W 路kg ~ (-1) of 42.4 W / h kg-1 and still retaining 24.8 W / h kg-1(10170.8 W 路kg ~ (-1). At the same time, the ASC device still has good cycle stability at the current density of 5 A g ~ (-1). It retains 94% capacity at 3000 times. Co-doped nickel hydroxide / nickel trisulfide (Ni Co-10) is grown in situ by a simple one-pot hydrothermal reaction with two-step temperature control to avoid complex production processes or the use of high-end technology. It is interesting to note that the Ni Co-10 exhibits a unique one-dimensional whiplash 1D structure, which is made up of ultrathin nanocrystals. We chose each stage of the reaction to be heated for 4 hours and 90 for 4 hours and then 110 degrees for 5 hours and 90 for 4 hours and then 110 degrees for 10 hours. With the development of the reaction, the nanoscale structure gradually changed to the whiplash shape, and the content of cobalt in the product increased gradually. As supercapacitors directly under hydrothermal conditions, The binderless Ni Co-10 electrode exhibits high specific capacity (3023.4 F g -1 at 1 A g -1) and excellent rate performance (even at 20 A g -1 the capacitance retention rate can reach 82.9%), which is due to this unique open and ultra-thin bullwhip structure. At the same time, in the process of assembling asymmetric supercapacitors, Ni Co-10 is used as positive electrode and AC as negative electrode. The asymmetric apparatus can show a high specific capacitance of 136.2 F g -1 (current density at 1 A g -1), a high energy density of 51 5 W kg-1 (at 0.825 kW kg-1) and a 23.0 W kg -1 (even at 8 25 kg -1 g -1), and appropriate cyclic stability. The preparation of these electrode materials is simple, cheap and environmentally friendly. Moreover, these prepared electrode materials show high energy storage, excellent rate performance and good stability under electrochemical action in electrochemical testing. These advantages make them a promising electrode material for energy storage.
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TB383.1;TM53

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本文編號(hào)：1969096