本文關鍵詞：鎳鈷硫（硒）基超級電容器電極材料制備及其性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：超級電容器作為一種重要的能源儲存與轉換的器件,因其具有高功率密度、循環(huán)穩(wěn)定性高、充放電速度快、環(huán)境友好等特點而具有重要應用前景。而電極材料的性能是超級電容器性能的決定性影響因素之一。目前,因電極材料反應的不同的機理,電極材料可分為提供雙電層電容的電極材料及提供贗電容的電極材料。石墨烯作為一種碳材料,具有導電性好、化學穩(wěn)定性好、理論上具有2630 m2 g-1的比表面積等優(yōu)點是一類重要的雙電層電極材料,但靠其材料表面上的雙電層提供的比電容是有限的;而依靠法拉第氧化還原反應提供的比電容的過渡金屬氧化物,其比電容比碳材料要高,但是導電性低會直接導致倍率性能差,這限制其應用。碳材料的比電容低與過渡金屬化合物的導電性差是當前超級電容器電極材料發(fā)展面臨的重要挑戰(zhàn)。為了解決以上問題,本文通過將制備具有三維結構的石墨烯與比電容更大的鎳鈷雙金屬硫化物復合,通過協(xié)同作用既能提高復合電極材料的導電性,又能提高其比電容,彌補二者的不足而發(fā)揮兩種材料的優(yōu)點,制備出具有優(yōu)異性能的電極材料;本文進一步在鎳鈷雙金屬電極材料體系中引入導電性更佳的Se元素,研究Ni Co Se電極材料的性能。首先,將簡易的冰模板法制備的三維氧化石墨烯在400℃及H2/Ar混合氣氛下還原后保持了冰粒的結構,具有豐富的介孔及大孔結構。該三維石墨烯(3D RGO)在0.2 A/g的電流密度下具有265 F g-1的比電容,在電流密度增大到25倍(5 A/g)下經3000次多循環(huán)后比電容保持了95.7%,且在電流密度增大到100 A/g時其比電容保持了51.7%。通過電泳沉積法在泡沫鎳(NF)上沉積具有三維結構的氧化石墨烯納米片,并采用冰模板法中性能優(yōu)異的還原條件制備3D RGO/NF,3D RGO改變了NF的表面形貌,并作為基底材料為Ni Co S的沉積提供了更大的表面積及提高了整體材料的導電性。電化學沉積的Ni Co S具有多孔及花簇狀的結構,Ni Co S/NF/RGO電極材料在10 A/g的電流密度下具有2643 F/g的比電容,且在50 A/g的大電流密度下進行2500次多循環(huán)性能測試,比電容保持了84.22%(損失了15.78%)。說明該電極材料具有優(yōu)異的電化學性能。本文進一步通過電化沉積法制備了Ni Co Se電極材料,電化學沉積法避免了粉體活性物質在使用過程中采用粘結劑來制備電極,提高了材料的整體性及導電性,且電化學沉積制備的Ni Co Se電極材料具有超薄的納米片搭接的孔洞結構,這增加了電解液進出的通道,又增大了發(fā)生氧化還原反應的活性位點,使整體電極材料發(fā)揮出更加優(yōu)異的電化學性能。通過條件優(yōu)化制備出的Ni Co Se-2電極材料在5 A/g的電流密度下具有1204.4 F/g的比電容,且在50A/g的大電流密度下比電容下(903.3 F/g)進行2500次多循環(huán)性能測試,比電容保持了84.98%,雖然Ni Co S電極材料在5 A/g的電流密度下具有1394.44F/g的比電容,但是其電流密度變化到50 A/g時比電容保持了僅27.9%,相同條件下Ni Co Se為75%,綜上說明Ni Co Se是一類性能優(yōu)異的鎳鈷雙金屬硒化物超級電容器電極材料。
【關鍵詞】：超級電容器 三維石墨烯 鎳鈷硫化合物 鎳鈷硒化合物 復合材料
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O646;TM53
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-23
• 1.1 課題背景及研究意義11-12
• 1.2 超級電容器簡介12-14
• 1.2.1 超級電容器概述12
• 1.2.2 超級電容器的原理及分類12-14
• 1.3 超級電容器的電極材料14-20
• 1.3.1 雙電層電容器電極材料14-18
• 1.3.2 贗電容電容器電極材料18-20
• 1.4 超級電容器面臨的挑戰(zhàn)20-21
• 1.5 本課題主要研究內容21-23
• 第2章 實驗材料、設備及方法23-29
• 2.1 實驗材料及試劑23
• 2.2 實驗方法23-25
• 2.2.1 氧化石墨烯制備23-24
• 2.2.2 三維石墨烯制備24
• 2.2.3 NiCoS及NiCoSe電極材料制備24-25
• 2.3 材料表征方法25-26
• 2.3.1 氮氣吸脫附分析25
• 2.3.2 拉曼光譜分析25
• 2.3.3 X射線光電子分析25-26
• 2.3.4 掃描電鏡分析26
• 2.3.5 透射電鏡分析26
• 2.3.6 Zeta電位分析26
• 2.4 電化學性能測試26-29
• 2.4.1 循環(huán)伏安測試26-27
• 2.4.2 恒流充放電測試27
• 2.4.3 交流阻抗測試27-28
• 2.4.4 倍率特性測試28
• 2.4.5 多循環(huán)測試28-29
• 第3章 三維石墨烯電極材料的表征與分析29-39
• 3.1 引言29
• 3.2 氧化石墨烯與三維石墨烯的表征29-34
• 3.2.1 三維石墨烯的Raman表征30
• 3.2.2 氧化石墨烯Zeta表征30-31
• 3.2.3 三維石墨烯的XPS表征31
• 3.2.4 三維石墨烯的FTIR表征31-32
• 3.2.5 三維石墨烯的SEM表征32-33
• 3.2.6 三維石墨烯的BET表征33-34
• 3.3 三維石墨烯的電化學性能分析34-37
• 3.3.1 三維石墨烯CV及GCD比較34
• 3.3.2 H2/Ar條件下還原石墨烯CV及GCD表征34-35
• 3.3.3 三維石墨烯EIS表征35-36
• 3.3.4 三維石墨烯倍率性能表征36-37
• 3.3.5 三維石墨烯多循環(huán)性能表征37
• 3.4 本章小結37-39
• 第4章 NiCoS電極材料的表征與分析39-49
• 4.1 引言39-40
• 4.2 三維石墨烯/泡沫鎳的制備40
• 4.3 NiCoS電極材料的表征40-45
• 4.3.1 NiCoS電極材料的SEM表征41-42
• 4.3.2 NiCoS電極材料的Mapping表征42
• 4.3.3 NiCoS電極材料的TEM表征42-44
• 4.3.4 NiCoS電極材料的XPS表征44-45
• 4.4 NiCoS電極材料的電化學性能分析45-48
• 4.4.1 NiCoS電極材料的CV、GCD表征45-46
• 4.4.2 NiCoS電極材料的EIS性能表征46-47
• 4.4.3 NiCoS電極材料的倍率性能表征47
• 4.4.4 NiCoS電極材料的多循環(huán)性能表征47-48
• 4.5 本章小結48-49
• 第5章 NiCoSe電極材料的表征與分析49-64
• 5.1 引言49-50
• 5.2 不同沉積層數的NiCoSe表征50-54
• 5.2.1 不同沉積層數的NiCoSe的SEM表征50
• 5.2.2 不同沉積層數的NiCoSe的CV、GCD表征50-52
• 5.2.3 不同沉積層數的NiCoSe的倍率性能表征52-53
• 5.2.4 不同沉積層數的NiCoSe的EIS性能表征53-54
• 5.3 不同比例NiCoSe電極材料的表征54-59
• 5.3.1 不同比例NiCoSe電極材料的SEM表征54-56
• 5.3.2 不同比例NiCoSe電極材料的EDS及Mapping表征56-57
• 5.3.3 不同比例NiCoSe電極材料的TEM表征57-58
• 5.3.4 不同比例NiCoSe電極材料的XPS表征58-59
• 5.4 不同比例NiCoSe電極材料的電化學性能分析59-62
• 5.4.1 不同比例NiCoSe電極材料的CV、GCD表征59-60
• 5.4.2 不同比例NiCoSe電極材料的EIS性能表征60-61
• 5.4.3 不同比例NiCoSe電極材料的倍率性能表征61-62
• 5.4.4 不同比例NiCoSe電極材料的多循環(huán)性能表征62
• 5.5 本章小結62-64
• 結論64-66
• 參考文獻66-71
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文71-73
• 致謝73

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本文編號：428605