本文關(guān)鍵詞：過渡金屬氫氧化物、氧化物的合成及其電化學(xué)性能研究

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【摘要】：超級電容器擁有二次電池不可比擬的優(yōu)勢,它具有更高的功率密度、更快的充放電速度和更長的循環(huán)壽命,是一種實用,高效,環(huán)保的能量貯存設(shè)備。以氫氧化物為電極材料的超級電容器具有比容量高等許多優(yōu)勢,已經(jīng)越來越受到廣泛關(guān)注。本文通過液相沉淀法和固相法合成了鋁摻雜氫氧化鈷、鈷鎳雙氫氧化物以及鈷鎳雙氫氧化物/碳復(fù)合物為超級電容器電極材料。采用XRD、SEM等物理表征和循環(huán)伏安、恒電流循環(huán)充放電、交流阻抗等多種電化學(xué)測試來研究電極材料的性能。主要內(nèi)容如下:利用液相沉淀法合成了不同摻雜比例的鋁摻雜氫氧化鈷,XRD測試表明該條件下合成的鋁摻雜氫氧化鈷為α-Co(OH)2,通過SEM可知Co0.83Al0.17(OH)2.13微粒的微觀結(jié)構(gòu)為片狀,循環(huán)伏安測試表明合成的鋁摻雜氫氧化鈷電極具有良好的法拉第贗電容特性,恒流充放電測試可知在摻雜比為0.17時合成的Co0.83Al0.17(OH)2.13電化學(xué)性能最好,在電流密度0.5A/g時,首次放電比容量達到607.5 F/g,1000次循環(huán)以后其放電容量仍然有512 F/g,放電容量保持率為84.3%,電極動力學(xué)研究表明其放電過程為擴散控制,交流阻抗測試表明摻雜比為0.17時合成的Co0.83Al0.17(OH)2.13電極電荷傳輸電阻最小。采用固相法合成了不同摻雜比例的鋁摻雜氫氧化鈷,XRD測試表明未摻雜Al時合成的氫氧化鈷為β-Co(OH)2,摻雜Al之后合成的氫氧化鈷為α-Co(OH)2,通過SEM可知微粒的微觀結(jié)構(gòu)為顆粒狀,粒徑在100-200 nm之間,循環(huán)伏安測試表明合成的鋁摻雜氫氧化鈷電極具有良好的法拉第贗電容特性,恒流充放電測試表明在摻雜比為0.17時合成的Co0.83Al0.17(OH)2.13電化學(xué)性能最好,在電流密度1A/g時,首次放電比容量達到417.5F/g,1000次循環(huán)以后其放電容量仍有410F/g,放電容量保持率為98.2%,庫倫效率接近100%,電極動力學(xué)研究表明其放電過程為擴散控制,交流阻抗測試表明摻雜比為0.17時合成的Co0.83Al0.17(OH)2.13電荷傳輸電阻最小。采用固相法合成了不同鈷鎳比例的鈷鎳雙氫氧化物及鈷鎳雙氫氧化物/碳復(fù)合材料,XRD測試表明所制備的樣品均為類水滑石型β相氫氧化物,SEM測試表明鈷鎳雙氫氧化物主要呈顆粒狀,顆粒尺寸在1~3μm之間,并出現(xiàn)了明顯的團聚。加入適量碳后,樣品則呈細小顆粒,且分散性較好,顆粒尺寸在100~300nm之間,僅出現(xiàn)少量團聚。循環(huán)伏安測試表明合成的鈷鎳雙氫氧化物及鈷鎳雙氫氧化物/碳復(fù)合電極具有良好的法拉第贗電容特性,恒電流充放電測試表明,隨著鎳含量的增加,Co-Ni雙氫氧化物的比容量先增加后減小,Co0.6Ni0.4(OH)2的比容量最高,在電流密度0.5A/g時,其首次放電比容量達到956.3F/g,1000次循環(huán)以后容量為306.3F/g,容量保持率為32.7%,加入適量炭黑后,在電流密度0.5A/g時,首次放電比容量達到1010F/g,1000次循環(huán)以后容量為360F/g,容量保持率為35.5%,碳黑的加入能夠在一定程度上增加鈷鎳雙氫氧化物比容量,提高其循環(huán)穩(wěn)定性,電極動力學(xué)研究表明Co0.6Ni0.4(OH)2和CNC1電極放電過程為擴散控制,交流阻抗測試表明CNC1電極的電荷傳輸電阻最小。
【關(guān)鍵詞】：鋁 氫氧化鈷 氫氧化鎳 碳 超級電容器
【學(xué)位授予單位】：武漢工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：O611.4;TM53
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 文獻綜述11-27
• 1.1 前言11-12
• 1.2 超級電容器的分類12-16
• 1.2.1 雙電層電容器13-15
• 1.2.2 法拉第準電容電容器15-16
• 1.3 超級電容器電極材料16-23
• 1.3.1 碳材料16-19
• 1.3.2 導(dǎo)電聚合物19-20
• 1.3.3 過渡金屬氧化物20-21
• 1.3.4 過渡過渡金屬氫氧化物21-23
• 1.4 研究目的及意義23
• 1.5 論文研究內(nèi)容23-27
• 第2章 實驗測試原理及方法27-33
• 2.1 實驗部分27-30
• 2.1.1 實驗原材料27
• 2.1.2 實驗設(shè)備27-28
• 2.1.3 實驗原理28-29
• 2.1.4 電極的制備工藝29-30
• 2.2 材料的表征及電化學(xué)測試方法30-33
• 2.2.1 材料的結(jié)構(gòu)和形貌分析31
• 2.2.2 超級電容器的測試方法和原理31-33
• 第3章 液相沉淀法合成AL摻雜CO(OH)2 的電化學(xué)性能研究33-43
• 3.1 實驗部分33-34
• 3.1.1 樣品的制備33
• 3.1.2 實驗原理33-34
• 3.1.3 電極的制備34
• 3.2 結(jié)果與討論34-42
• 3.2.1 XRD測試34-35
• 3.2.2 SEM測試35-36
• 3.2.3 循環(huán)伏安測試36-38
• 3.2.4 電極反應(yīng)動力學(xué)38
• 3.2.5 恒電流充放電測試38-40
• 3.2.6 循環(huán)性能測試40-41
• 3.2.7 交流阻抗測試41-42
• 3.3 本章小結(jié)42-43
• 第4章 固相法合成AL摻雜CO(OH)2 的電化學(xué)性能研究43-53
• 4.1 實驗部分43-44
• 4.1.1 樣品的制備43
• 4.1.2 實驗原理43-44
• 4.1.3 電極的制備44
• 4.2 結(jié)果與討論44-52
• 4.2.1 XRD測試44-45
• 4.2.2 SEM測試45-46
• 4.2.3 循環(huán)伏安測試46-47
• 4.2.4 電極反應(yīng)動力學(xué)47-48
• 4.2.5 恒電流充放電測試48-49
• 4.2.6 循環(huán)性能測試49-51
• 4.2.7 交流阻抗測試51-52
• 4.3 本章小結(jié)52-53
• 第5章 固相法合成鈷鎳雙氫氧化物及鈷鎳雙氫氧化物/碳復(fù)合材料及其電化學(xué)性能研究53-67
• 5.1 實驗部分53-55
• 5.1.1 鈷鎳雙氫氧化物的制備53
• 5.1.2 鎳鈷雙氫氧化物/碳復(fù)合材料的制備53-54
• 5.1.3 實驗原理54
• 5.1.4 電極的制備54-55
• 5.2 結(jié)果與討論55-64
• 5.2.1 XRD測試55-56
• 5.2.2 SEM測試56
• 5.2.3 循環(huán)伏安測試56-58
• 5.2.4 電極反應(yīng)動力學(xué)研究58-59
• 5.2.5 恒電流充放電測試59-61
• 5.2.6 循環(huán)性能測試61-63
• 5.2.7 交流阻抗測試63-64
• 5.3 本章小結(jié)64-67
• 第6章 結(jié)論67-69
• 參考文獻69-77
• 致謝77

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