【摘要】：銅氧化物(CuO,Cu_2O)被廣泛應(yīng)用于鋰離子電池、光解水制氫、光催化及電化學儲能等領(lǐng)域,成為功能納米材料的研究熱點之一。本文以銅氧化物納米線陣列為基底,采用簡單的化學水浴法沉積鈷、鎳氧化物,研究超級電容器電極材料的電容性能,同時與活性炭負極組裝成非對稱電容器,研究其儲能特性。本文的主要研究結(jié)果如下:(1)以恒電流陽極氧化和空氣煅燒的方法在銅箔表面直接生長銅氧化物納米線陣列。基底材料在1 mA cm~(-2)的電流密度下,面積比電容能達到96 mF cm~(-2)。隨后通過化學水浴和Ar氣氛圍中煅燒在銅氧化物納米線表面沉積CoO納米片。其中在5 mmol L-1濃度下制得的CuO/Cu_2O@CoO核殼納米線陣列的電容性能最優(yōu),面積電容可達到280 mF cm~(-2)。(2)采樣化學水浴和Ar氣氣氛煅燒的方法,成功在基底材料上負載NiCo_2O_4,在20 mmol L-1時性能最優(yōu),記為CuO/Cu_2O@NiCo_2O_4-20。在0.5 mA cm~(-2)小電流密度下,材料的比電容值能達到435 mF cm~(-2),在5 mA cm~(-2)的電流密度下循環(huán)充放電10000圈后,面積比電容仍保留了最初比電容值的93.6%。(3)將CuO/Cu_2O@NiCo_2O_4-20在Ar氣氣氛煅燒前置于葡萄糖溶液浸泡,再進行煅燒從而在材料表面形成一層無定型碳。在葡萄糖濃度為15 g L-1時CuO/Cu_2O@NiCo_2O_4-C材料電容性能提升效果最大。在0.5 mA cm~(-2)的電流密度下,比電容值達到了655 mF cm~(-2),10000圈循環(huán)后,面積比電容仍保留了最初比電容值的97%。(4)將CuO/Cu_2O@NiCo_2O_4-C與活性炭負極組裝成非對稱電容器。組裝后器件的電壓窗口能達到1.5 V,在功率密度達到2.3 mW cm~(-2)時能量密度能達到36.9μWh cm~(-2)。而在功率密度達到15 mW cm~(-2)時,能量密度仍能達到26.25μWh cm~(-2),在經(jīng)過4000圈的循環(huán)后仍保留了最初比電容值的91%。
[Abstract]:Copper oxide (CuO,Cu_2O) has been widely used in lithium ion batteries, hydrophotolysis to produce hydrogen, photocatalysis and electrochemical energy storage, and has become one of the research hotspots in functional nanomaterials. In this paper, based on copper oxide nanowire array, cobalt and nickel oxides were deposited by a simple chemical bath method. The capacitive properties of electrode materials for supercapacitors were studied. At the same time, asymmetric capacitors were assembled with activated carbon negative electrodes. The characteristics of energy storage are studied. The main results are as follows: (1) Copper oxide nanowire arrays were grown directly on the surface of copper foil by constant current anodization and air calcination. At the current density of 1 mA cm~ (-2), the area specific capacitance of the substrate can reach 96 mF cm~ (-2). Then CoO nanowires were deposited on the surface of copper oxide nanowires by chemical water bath and Ar atmosphere. Among them, the CuO/Cu_2O@CoO core-shell nanowire arrays prepared at the concentration of 5 mmol L-1 have the best capacitive performance, and the area capacitance can reach 280 mF cm~ (-2). (2) sampling chemical water bath and Ar atmosphere calcination method. Successfully loading NiCo_2O_4, on substrate material at 20 mmol L-1 has the best performance, which is described as CuO/Cu_2O@NiCo_2O_4-20.. At a low current density of 0. 5 mA cm~ (-2), the specific capacitance of the material can reach 435 mF cm~ (-2). At the current density of 5 mA cm~ (-2), the specific capacitance can be recharged and discharged for 10000 cycles. The area specific capacitance still retains the original specific capacitance value of 93.6. (3) CuO/Cu_2O@NiCo_2O_4-20 is immersed in glucose solution before calcination in Ar atmosphere, and then calcined to form a layer of amorphous carbon on the surface of the material. When glucose concentration was 15 g L ~ (-1), the capacitive performance of CuO/Cu_2O@NiCo_2O_4-C was the best. At the current density of 0.5 mA cm~ (-2), the specific capacitance reaches 655 mF cm~ (-2). After 10000 cycles, The area specific capacitance still retains the original specific capacitance value of 97. (4) the CuO/Cu_2O@NiCo_2O_4-C and the activated carbon negative electrode are assembled into asymmetric capacitors. The voltage window of the assembled device can reach 1.5 V, and the energy density can reach 36.9 渭 Wh cm~ (-2) when the power density reaches 2.3 mW cm~ (-2). However, when the power density reaches 15 mW cm~ (-2), the energy density can still reach 26.25 渭 Wh cm~ (-2), and after 4000 cycles, the initial specific capacitance remains 91%.
【學位授予單位】：合肥工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TB33;TM53

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本文編號：2401054