本文關(guān)鍵詞：鈷酸鋅和氫氧化鎳在超級(jí)電容器中的應(yīng)用

  更多相關(guān)文章： ZnCo_2O_4 纖維超級(jí)電容器 Ni(OH)_2 平面微型超級(jí)電容器 柔性

【摘要】：目前而言,能源存儲(chǔ)器件,尤其是超級(jí)電容器,已經(jīng)在人們的日常生活中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用,特別是在電子器件、微型探測(cè)器等等領(lǐng)域。本文以鈷酸鎳作為電極材料,設(shè)計(jì)了一種新型柔性纖維超級(jí)電容器。此外,我們還利用二維材料-Ni(OH)_2作為電極材料制備了柔性平面微型超級(jí)電容器。所取得的主要研究成果可以歸納如下:(1)在不添加任何催化劑和模板的條件下,利用簡(jiǎn)單的水熱反應(yīng)法,制備出了具有一維結(jié)構(gòu)的ZnCo_2O_4納米棒。然后我們用長(zhǎng)有ZnCo_2O_4納米棒的鎳絲作為工作電極,分別以鉑片和甘汞電極作為對(duì)電極和參比電極,以3 M KOH作為電解液,組合成電化學(xué)三電極體系測(cè)試系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果顯示ZnCo_2O_4電極材料在0-0.45 V的電壓窗口內(nèi)有一對(duì)明顯的氧化還原峰,說(shuō)明ZnCo_2O_4具有優(yōu)異的贗電容性能。此外,從圖像中可看到氧化還原峰具有良好的對(duì)稱(chēng)性,不僅證明了該電極材料具有穩(wěn)定性,而且在KOH電解液中所發(fā)生的氧化還原反應(yīng)高度可逆。這都得益于生長(zhǎng)在鎳絲上的納米材料為一維納米棒狀結(jié)構(gòu)。綜上可知,ZnCo_2O_4作為一種電極材料由于具備良好的電化學(xué)性能,可廣泛的應(yīng)用于超級(jí)電容器的制備中。(2)為了進(jìn)一步評(píng)估ZnCo_2O_4超級(jí)電容器的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值,我們直接用鎳絲組裝成了纖維狀超級(jí)電容器。二電極體系下,在掃率為30 mV/s時(shí)得到比電容為10.9 F/g。能量密度高達(dá)76 mWh/kg,而且功率密度達(dá)到了1.9 W/kg。在2 mA情況下,經(jīng)過(guò)3500次充放電測(cè)試,其電容保持率高達(dá)92%。與此同時(shí),我們?cè)诓煌瑥澢鸂顟B(tài)下(30°,45°,60°,90°)測(cè)試其性能,發(fā)現(xiàn)電化學(xué)性能幾乎沒(méi)有發(fā)生改變,表明了我們的器件具有良好的柔性。結(jié)合材料良好的電化學(xué)性能,簡(jiǎn)單易制備的特點(diǎn),可見(jiàn)ZnCo_2O_4在超級(jí)電容器中具有很好的應(yīng)用價(jià)值。此外,通過(guò)縮短金屬絲基底的長(zhǎng)度,纖維器件也可以變短,易編織,在可穿戴設(shè)備中也具有廣泛的應(yīng)用前景。(3)在不添加任何催化劑的條件下,利用簡(jiǎn)單的水熱反應(yīng)法,合成了二維片狀結(jié)構(gòu)的Ni(OH)_2。我們用涂有Ni(OH)_2納米片的泡沫鎳作為工作電極,分別以鉑片和甘汞電極作為對(duì)電極和參比電極,2M NaOH作為電解液,組合成三電極體系對(duì)其進(jìn)行性能測(cè)試。測(cè)試發(fā)現(xiàn),Ni(OH)_2納米片在0-0.45 V的電壓區(qū)間內(nèi)有一對(duì)很明顯的氧化還原峰具有良好的贗電容性能,其峰值分別在0.3 0.35 V和0.2 0.25 V區(qū)間內(nèi)。從CV曲線(xiàn)高度對(duì)稱(chēng)中,我們可以看到在NaOH電解液的Ni(OH)_2納米片發(fā)生著高度可逆反應(yīng),說(shuō)明了Ni(OH)_2具有良好的電化學(xué)穩(wěn)定性。從上可以看到Ni(OH)_2由于具備良好的贗電容特性,在超級(jí)電容器中應(yīng)用潛力巨大。(4)為了滿(mǎn)足微型功能系統(tǒng)和微型醫(yī)藥機(jī)器人的應(yīng)用,我們通過(guò)光刻顯影法用Ni(OH)_2作為電極材料組裝了柔性平面微型超級(jí)電容器。二電極體系下,在掃率為100 mV/s時(shí)得到比電容為8.80 F/g,在進(jìn)行10000次循環(huán)時(shí)電容損失率僅僅為0.2%。此外,該微型器件能量密度高達(dá)0.59 mWh/cm3,而且功率密度達(dá)到了1.80 W/cm3,與傳統(tǒng)石墨烯微型超級(jí)電容器相持平。在不同彎曲狀態(tài)下進(jìn)行柔性測(cè)試,發(fā)現(xiàn)其具有優(yōu)異的電化學(xué)穩(wěn)定性,說(shuō)明了以Ni(OH)_2作為電極材料的微型超級(jí)電容器可以作為能量存儲(chǔ)單元驅(qū)動(dòng)諸如傳感器一類(lèi)的可穿戴功能器件。
【關(guān)鍵詞】：ZnCo_2O_4 纖維超級(jí)電容器 Ni(OH)_2 平面微型超級(jí)電容器 柔性
【學(xué)位授予單位】：上海師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TM53
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-26
• 1.1 引言11-12
• 1.2 超級(jí)電容器概述12-15
• 1.2.1 超級(jí)電容器的歷史由來(lái)12
• 1.2.2 超級(jí)電容器的特點(diǎn)12-13
• 1.2.3 超級(jí)電容器的工作原理13-15
• 1.2.3.1 雙電層超級(jí)電容器13-14
• 1.2.3.2 贗電容超級(jí)電容器14
• 1.2.3.3 混合型超級(jí)電容器14-15
• 1.3 電極材料常見(jiàn)的制備方法15-19
• 1.3.1 水熱法15-16
• 1.3.2 微波法16
• 1.3.3 靜電紡絲法16-17
• 1.3.4 電化學(xué)沉積法17
• 1.3.5 化學(xué)浴沉積法17-18
• 1.3.6 化學(xué)氣相沉積法18-19
• 1.4 常見(jiàn)的電極材料研究進(jìn)展19-22
• 1.4.1 炭材料19-20
• 1.4.2 無(wú)機(jī)金屬納米材料20-21
• 1.4.3 高分子聚合物21-22
• 1.5 常見(jiàn)的基底22-24
• 1.5.1 泡沫基底22-23
• 1.5.2 有機(jī)柔性基底23
• 1.5.3 纖維基底23
• 1.5.4 其它基底23-24
• 1.6 超級(jí)電容器結(jié)構(gòu)24
• 1.7 柔性超級(jí)電容器研究進(jìn)展24-26
• 第二章 實(shí)驗(yàn)原理及方法26-30
• 2.1 試驗(yàn)主要藥品及主要儀器26-27
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)主要藥品26
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)主要儀器26-27
• 2.2 超級(jí)電容器測(cè)試方法27-28
• 2.2.1 超級(jí)電容器電極制備27-28
• 2.2.2 固態(tài)電解液的制備28
• 2.2.3 電極測(cè)試28
• 2.3 超級(jí)電容器計(jì)算公式28-30
• 第三章 鈷酸鋅納米棒在纖維狀超級(jí)電容器中的研究30-42
• 3.1 引言30-33
• 3.1.1 電極互相纏繞法30-31
• 3.1.2 電極單根纏繞法31-32
• 3.1.3 電極平行排列法32
• 3.1.4 ZnCo_2O_4電極材料的研究32-33
• 3.2 ZnCo_2O_4電極材料的制備33
• 3.3 ZnCo_2O_4電極材料表征及性能測(cè)試33-36
• 3.3.1 ZnCo_2O_4納米形貌表征33-35
• 3.3.2 ZnCo_2O_4納米材料的電化學(xué)測(cè)試35-36
• 3.4 纖維狀ZnCo_2O_4超級(jí)電容器的制備36-37
• 3.5 纖維狀ZnCo_2O_4超級(jí)電容器的電化學(xué)性能測(cè)試37-39
• 3.6 纖維狀ZnCo_2O_4超級(jí)電容器柔性性能測(cè)試39-40
• 3.7 本章小結(jié)40-42
• 第四章 氫氧化鎳納米片在平面微型超級(jí)電容器中的研究42-56
• 4.1 引言42-45
• 4.1.1 模板合成法43
• 4.1.2 激光還原法43-44
• 4.1.3 光刻顯影法44
• 4.1.4 氫氧化鎳電極材料的研究44-45
• 4.2 Ni(OH)_2 電極材料的制備45-46
• 4.3 Ni(OH)_2 電極材料表征及性能測(cè)試46-47
• 4.3.1 Ni(OH)_2 納米形貌表征46-47
• 4.4 Ni(OH)_2 平面微型超級(jí)電容器制備流程示意圖47-49
• 4.5 Ni(OH)_2 納米片三電極測(cè)試49-50
• 4.5.1 Ni(OH)_2 電極的制備49
• 4.5.2 Ni(OH)_2 三電極測(cè)試49-50
• 4.6 平面微型超級(jí)電容器二電極測(cè)試50-53
• 4.6.1 平面微型超級(jí)電容器電化學(xué)性能測(cè)試50-52
• 4.6.2 平面微型超級(jí)電容器實(shí)際性能測(cè)試52-53
• 4.6.3 平面微型超級(jí)電容器對(duì)照實(shí)驗(yàn)測(cè)試53
• 4.7 平面微型超級(jí)電容器集成53-54
• 4.8 本章小結(jié)54-56
• 第五章 論文工作總結(jié)56-58
• 參考文獻(xiàn)58-64
• 攻讀學(xué)位期間取得的研究成果64-65
• 一、已發(fā)表論文64
• 二、論文封面64-65
• 致謝65

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