發(fā)布時間：2020-05-17 06:20

【摘要】：尋找綠色、高效的能源儲存及轉換裝置是解決環(huán)境問題的有效措施。超級電容器不僅兼有傳統(tǒng)電容器比功率高和電池比能量高的優(yōu)點,而且具有循環(huán)壽命長,對環(huán)境無污染等優(yōu)勢,被認為是新一代主要儲能裝置之一。電極材料是決定超級電容器電化學性能的核心因素。其中,釩氧化物由于具有層狀結構和獨特的物化性質被廣泛用作電極材料,但有關羥基氧化釩的研究極少。現有研究證明,羥基氧化釩是一種極具潛力的儲能材料。因此本文首次探索了羥基氧化釩的合成條件,且進一步合成了三種羥基氧化釩/碳多元復合材料,進行了結構、組成、形貌表征和電化學性能測試,具體結果如下:(1)探索羥基氧化釩的合成條件。通過簡單的水熱反應,在PVP的輔助下嚴格調控溶液pH至4.7,100℃下水熱反應48 h后首次合成純相VO(OH)_2納米棒。在電流密度為0.5A·g~(-1)時,達到較高的電容值(189 F·g~(-1)),并且表現出典型的贗電容性能,說明VO(OH)_2是一種良好的贗電容材料。但VO(OH)_2結構穩(wěn)定性較差,多次循環(huán)后易溶于電解液,因此需要將VO(OH)_2與碳材料進一步復合成復合材料以提高其電化學性能。(2)通過簡單的水熱法合成了VO(OH)_2/CNT二元復合材料。與純相VO(OH)_2相比,VO(OH)_2/CNT具有相似的結構和組成,但電化學性能具有明顯提高。在-0.8~1.2 V的電壓窗口,0.5 A·g~(-1)的電流密度下,電容可達到256 F·g~(-1)(512 C·g~(-1))。VO(OH)_2/CNT SSC當功率密度為32.08 Wh·kg~(-1)時達到最大能量密度63.66 W·kg~(-1),且循環(huán)3000次后電容保持率為90%。(3)通過一步水熱法合成了VO(OH)_2/rGO二元復合材料。與純相VO(OH)_2納米棒相比該二元復合材料的結構組成具有明顯不同。VO(OH)_2/rGO中VO(OH)_2為納米片結構并緊密覆蓋在rGO片層表面,少量V~(4+)被氧化V~(5+)。VO(OH)_2/rGO表現出良好的插層贗電容性能。在較寬的-1.2 V~0.8 V的電壓窗口下,電流密度為0.5 A·g~(-1)時達到512 F·g~(-1)(1024 C·g~(-1));5000次充放電循環(huán)后電容剩余率為95%。VO(OH)_2/rGO SSC,不僅能夠表現出56.26 Wh·kg~(-1)的高能量密度,還具有出色的柔性和較寬的電壓窗口(2.4 V);特別是將兩個VO(OH)_2/rGO SSC串聯后,可分別點亮紅色及藍色LED 12 min和5 min,證明其具有良好實際應用價值。(4)將新型的3D CNT/rGO導電網絡結構與羥基氧化釩復合得到混價的VO_x(OH)_y/CNT/rGO三元復合材料。VO_x(OH)_y納米線緊密錨定在CNT/rGO網絡結構表面,其中存在V~(4+)和V~(5+)兩種價態(tài),是一種法拉第電池型電極材料,表現出出色的電化學性能。在-1.2 V~0.6 V的寬電壓窗口內,電流密度為0.5 A·g~(-1)時電容值為414 F·g~(-1)。將其組裝成對稱器件VO_x(OH)_y/CNT/rGO SSC后,可達到2.2 V的寬電壓窗口和60.90Wh·kg~(-1)的高能量密度。本論文主要圍繞羥基氧化釩及羥基氧化釩/碳復合材料的合成及電化學性能進行研究,對釩的氫氧化物的合成具有啟示作用,填補了羥基氧化釩在超級電容器應用領域的空白,未來對羥基氧化釩更深入的儲能研究具有重要意義。
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM53;TB332

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1 ;一種氧化釩與硬碳纖維布復合電極材料的制備方法[J];高科技纖維與應用;2017年01期

2 任學佑;常溫鋰—氧化釩蓄電池的進展[J];電池;1991年03期

3 А.М.Касимов ,黃倫s，

本文編號：2668078