發(fā)布時間：2021-09-19 16:32

　　隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展,自供電可穿戴監(jiān)測系統(tǒng)被認為是下一代智能電子的關(guān)鍵技術(shù)之一。然而,給這些智能電子供電的能源裝置一直是我們不懈努力的方向。為了實現(xiàn)這些智能電子的靈活性以及佩戴舒適性,我們必須放棄既笨重又堅硬的外部供電系統(tǒng)。這意味著柔性的、親膚的、可集成的供電單元將成為我們致力于研究的重點。超級電容器由于體積小、安全性高、佩戴舒適度優(yōu)良等特點成為了可集成能源存儲器件的選擇之一。但是在可穿戴集成系統(tǒng)中超級電容器在應用方面還存在很多的不足,這需要我們開發(fā)新型電極材料,優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)等來提高它的性能以及實際應用價值。本論文主要的研究成果如下:首先,運用兩步水熱法在泡沫鎳基底上合成了 Co3O4@NiCo2O4復合材料,由于兩者的協(xié)同作用,其電化學性能比單體的Co3O4或者NiCo2O4都有顯著提高。在2 mA·cm-2的電流密度充放電測試計算得出的單電極面積比電容達到9.12 F.cm-1。Co3O4@NiCo2O4/泡沫鎳電極組裝的對稱超級電容器件在5 mA·cm-2的電流密度下測得其面積比容量為486 mF·cm-2,在經(jīng)歷5000個恒流充放電循環(huán)以后,其容量仍然保持最初容量的98.6%... 

【文章來源】：北京科技大學北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：113 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１－１雙電層機理的新發(fā)現(xiàn)．（ａ）在－１．５?Ｖ－＋１．５?Ｖ不同充電狀態(tài)下，活性炭基超級??電容器的孔內(nèi)離子群

是另??一種獨立的存儲方式。因此電容的概念不能用于上述具有法拉第行為的電極??材料。事實上鎳／鈷氧化物或者氫氧化物只能與碳基電極組合成為混合型超級??電容器。因此當轉(zhuǎn)化成容量的單位時，獲得的超高容量值（＞１０００?Ｆｇ１）并??不利于電極材料的高效利用。然而，這方面的動力學研宄卻很少。目前，還??不能簡單地認為這一類材料的動力學行為與Ｎｉ（ＯＨ）２相同，因為Ｎｉ（ＯＨ）２的??電荷完全受晶格框架內(nèi)部的離子擴散控制。??雙電展與贗電容的橋聚??插習容??贗電容與電池的橋Ｉｄ??圖１－２不同存儲機制的過渡關(guān)系圖。??通常我們很容易混淆贗電容行為與插層贗電容行為，為了區(qū)分這兩者的??不同，我們用一張圖來解釋贗電容行為的發(fā)展歷程，如圖１＿２。１９９１年Ｃｏｎｗａｙ??通過研究Ｒｕ０２解釋過“電容”到“電池”的過渡電化學行為，換句話說，??Ｒｕ０２建立了雙電層電容與電池之間的聯(lián)系。事實上，插層贗電容行為表現(xiàn)出??與典型的贗電容行為相似的動力學特征，而其電化學行為又與電池行為相同，??其氧化還原反應伴隨著陽離子在電極材料晶體結(jié)構(gòu)中的插入與脫出。其電化??學特征（如伏安特性曲線上清晰的氧化還原峰）與電池行為相似，而其動力學??（ｂ＝?１）和可逆性高于電池行為，且接近傳統(tǒng)的Ｒｕ０２或Ｍｎ０２的贗電容行為。??１．２．３嵌入型電極材料??２００５年，Ｋａｖａｎ［２６＾報道了?Ｔｉ０２中的贗電容性Ｌｉ＋嵌入／脫嵌行為，被認??１２??

面贗電容不同，插層中的電荷存儲不是發(fā)生在??表面上，而是發(fā)生在材料的內(nèi)部。因此，當電極表現(xiàn)出插層贗電容時，其電??容貢獻一般占總?cè)萘浚ɑ螂娙荩┑慕^大部分，如Ｔｉ０２、ＨｘＴｉｘＯｙ、Ｍｏ〇３和Ｎｂ２０５。??０．０３?－１???ｒ。２：??ｗ?一，?－－??Ｉ??｜?－０．０１－二??￣０．０３?－＊－１?？?１?＞?１?？?１?？?１—??１．６?２．０?２．４?２．８?３．２??Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ?（Ｖ?ｖｅｒｓｕｓ?Ｌｉ／Ｌｉ＋）??圖１－３計算的電容貢獻值示意圖［２８］。??１４??


本文編號：3401952