【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,經(jīng)濟(jì)體系的完善,社會不斷的發(fā)展,面對不可再生能源的不斷消耗,能源枯竭成為不可避免的重要問題。超級電容器(SC)由于其高的功率密度、長的循環(huán)壽命、快的充放電速率及綠色環(huán)保等優(yōu)勢給了它巨大的發(fā)展空間,但其缺點(diǎn)是能量密度較低。根據(jù)能量密度(E)公式:E=1/2CV2,通常的解決措施是制備具有納米尺寸的高性能電極材料,產(chǎn)生高的比電容(C),另外是組裝非對稱超級電容器(ASC)來拓展其電壓窗口(V)。過渡金屬硒化物作為一類電極材料,相比同族的氧化物和硫化物,具有高的理論比電容及較好的電導(dǎo)率等特性而被用于SC。本文制備硒化鎳納米結(jié)構(gòu)及其復(fù)合電極材料,探討材料的組成、結(jié)構(gòu)及形貌與電化學(xué)性能的關(guān)系,優(yōu)化電極材料的電化學(xué)性能,組裝了高能量密度并保持高功率密度的ASC。本文開展了以下三方面的研究:(1)兩步溶劑熱法制備N-rGO/NiSe_2復(fù)合電極材料采用溶劑熱法制備NiSe_2納米顆粒,與N摻雜還原氧化石墨烯(rGO)復(fù)合制備N-rGO/NiSe_2復(fù)合電極材料。結(jié)果表明,N-rGO提高了電極材料的導(dǎo)電性和比表面積。在電流密度為1 A g~(-1)時,優(yōu)化的N-rGO/NiSe_2-10復(fù)合電極材料比電容為2451.4 F g~(-1),高于純的NiSe_2。將N-rGO/NiSe_2-10電極作為正極,與AC作為負(fù)極組合,組裝N-rGO/NiSe_2-10//AC ASC。此器件的工作電壓為1.6 V,能量密度為40.5 Wh kg~(-1)(功率密度為845.1 W kg~(-1));此外,10000次充電/放電循環(huán)后可以實(shí)現(xiàn)85.1%的電容保持率,表現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性。(2)水熱法合成Co~(2+)摻雜NiSe_2電極材料使用具有三維立體結(jié)構(gòu)的泡沫鎳為集流體,在水熱條件下,Co2+摻雜NiSe_2并直接生長于泡沫鎳上,形成無粘結(jié)劑的電極材料。結(jié)果表明,Co2+摻雜增加了電極材料的比表面積,改善了電極材料的電化學(xué)性能。在電流密度為1 A g~(-1)時,優(yōu)化的Co-NiSe_2-2電極的比電容可達(dá)到3167.6 F g~(-1),超過未摻雜的NiSe_2電極。以Co-NiSe_2-2電極作為正極,AC作為負(fù)極,組裝Co-NiSe_2-2//AC ASC。器件的電壓窗口為0~1.6 V,在功率密度為779 W kg~(-1)時顯示出50 Wh kg~(-1)的高能量密度。此外,經(jīng)過4000次充放電循環(huán)后,可以達(dá)到79.4%的電容保持率。(3)水熱法制備無定形CoMoS_4/NiSe_x復(fù)合電極材料通過水熱法在泡沫鎳上生長了晶態(tài)的CoMoO_4納米片陣列,并對氧化物進(jìn)行硫化后得到無定形的CoMoS_4材料,最后復(fù)合硒化鎳得到無定形CoMoS_4/NiSe_x復(fù)合電極材料。研究表明,無定形NiSe_x包覆了無定形的雙金屬硫化物CoMoS_4,形成高比電容的電極材料。在電流密度為1 A g~(-1)時,無定形CoMoS_4/NiSe_x電極材料的比電容可高達(dá)5760 F g~(-1)。以CoMoS_4/NiSe_x電極作為正極,AC作為負(fù)極,組裝成CoMoS_4/NiSe_x//AC ASC。ASC電壓窗口可拓展到0-1.6 V,在功率密度為875 W kg~(-1)時顯示出69 Wh kg~(-1)的高能量密度。此外,經(jīng)過10000次充放電循環(huán)后,可以達(dá)到86%的電容保持率。
【學(xué)位授予單位】：華僑大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TB33;TM53
【圖文】：

常見能源設(shè)備的能量密度與功率密度關(guān)系圖

超級電容器結(jié)構(gòu)示意圖

N-rGO/NiSe2電極材料的制備流程圖

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本文編號：2792694