在當今革命性的能源市場中,由于傳統(tǒng)能源的過度使用和環(huán)境的嚴重污染,超級電容器作為最具優(yōu)勢的新一代儲能器件成為研究熱點,近年來得到了快速的發(fā)展。超級電容器最重要的組成部分是電極材料,因此正負極材料在一定程度上決定著其電化學(xué)性能的好壞。與此同時,第一過渡系金屬Fe/Co/Ni氧化物及其氫氧化物由于其較高的理論容量受到了廣泛的關(guān)注,然而由于材料在充放電過程中仍然存在導(dǎo)電性差、可逆性差等問題,導(dǎo)致其實際比容量較低。本論文分別制備了性能優(yōu)異的鎳鈷基正極材料和鐵基負極材料,然后對其具體的形成過程和電化學(xué)性能進行了一系列的探索和表征,主要包括以下兩部分實驗內(nèi)容:通過簡單有效的水熱合成路線制備了直接生長在泡沫鎳基底上的NiCoAl-LDH（表示為NCA）納米片。此外,以水熱時間為演變軸,探究了鎳鈷比例對材料的組成以及電化學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明泡沫鎳不僅可以作為緩釋鎳源來調(diào)節(jié)Ni和Co離子比例的同時不改變樣品的形態(tài),而且直接導(dǎo)向生長還可以避免活性物質(zhì)的損失,增加材料的活性位點。所獲得的NiCoAl-LDH（Ni:Co-1:1.5）電極材料在1 mA cm^-2的電流密度下顯示出優(yōu)... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

超級電容器及其他儲能器件比能量和比功率關(guān)系圖

圖 1-2 超級電容器的分類[3].1 雙電層電容器1879 年亥姆霍茲（Helmholz）首先提出了雙電層理論，這是有關(guān)靠近金屬電面的離子分布的第一個理論模型，也是雙電層電容器儲能的理論基礎(chǔ)所在[4]。LCs 是通過靜電吸引存儲電荷的，也就是正負電荷在電極材料表面積累，沒有元素價態(tài)的變化[5]。雙電層電容器的儲能原理是靜電存儲機制，是帶電荷的離正負電極材料以及電解液界面發(fā)生的可逆的物理性質(zhì)的吸附，進而使得電荷排列最后實現(xiàn)電能的儲存。在充電的時候，在外電路施加一個電壓，使電子極傳輸?shù)截摌O，同時溶液中的正離子和負離子向電極的表面不斷擴散，存在電極和電解液界面之間的正負電荷通過靜電作用互相吸引，完成電荷的儲存；充電完成后，這些正電荷和負電荷會因吸引力的存在定向排列，保證了雙電荷結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。在放電過程中，正負電極與外加電阻的外部電路互相連通，外電路負極電荷會再回到正極產(chǎn)生電流，剩余的電荷則轉(zhuǎn)移回到電解液中。層結(jié)合可以使電極材料之間的距離在微觀上變小，因此 EDLCs 具有更高的 E

制備成本低等所以應(yīng)用較為廣泛，但是理論比容量較低，而且表面附著的離子有限使材料大的比表面積不能充分發(fā)揮雙電層儲能作用，這制了他們的進一步發(fā)展。.3.2 贗電容器1971 年，Trasatti 和 Bugganca 發(fā)現(xiàn)了一種具有類似于超級電容的充放電行物質(zhì)，這種物質(zhì)就是二氧化釕，至此將金屬氧化物用作超級電容器的電極材一發(fā)現(xiàn)引起了人們的廣泛關(guān)注。眾多研究表明，在充放電過程中金屬氧化物的并不是單純的物理吸脫附過程而是涉及到氧化還原反應(yīng)的化學(xué)過程，即法贗電容。從工作原理上講，法拉第贗電容器與電池是類似的。施加一定的外壓，充電時電解液中的 H+或 OH-等離子會遷移到電極和電解液的界面間，使部分電荷因靜電吸引形成雙電荷層，而另一部分電荷會通過進行氧化還原反行電荷的儲存。而在放電過程中，再進行上述可逆的氧化還原反應(yīng)，同時部荷被釋放出來傳遞到外電路，與活性材料發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的電解質(zhì)離子則傳電解液中，從而完成放電的過程[9, 10]。


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