【摘要】：近年來,超級電容器(又稱電化學(xué)電容器)因其大功率和長循環(huán)壽命的優(yōu)異特性而引起了國內(nèi)外學(xué)者廣泛的研究興趣,在大功率電器、電動車和各種便攜式電子設(shè)備等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。而新型超級電容器取決于高性能電極材料的研究。在各種活性電極儲能材料中,二維片狀石墨烯結(jié)構(gòu)材料和片層鎳鈷基氫氧化物材料,因為特殊的層狀結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的電化學(xué)性能,已逐漸地被應(yīng)用于超級電容器電極活性材料的研究中。本文以上述兩種材料為研究對象,分別研究了各自材料的制備方法、形貌結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能,并討論了了活性材料結(jié)構(gòu)與其電化學(xué)性能之間的機(jī)理關(guān)系。本文主要研究結(jié)果如下:采用改進(jìn)的Hummers法制備出二維片狀氧化石墨烯(GO),并通過水熱肼還原法獲得還原氧化石墨烯(rGO)。實驗通過XRD、Raman光譜和FT-IR傅立葉紅外變換技術(shù)分析了rGO表面結(jié)構(gòu)特點,發(fā)現(xiàn)rGO表面存在大量含氧基團(tuán)和結(jié)構(gòu)缺陷,且研究了還原肼的加入量對其表面無序度的影響。在電化學(xué)性能分析中,GO和rGO都表現(xiàn)出典型碳材料的雙電層電容性能,rGO活性材料具有比GO更好的電化學(xué)性能,且還原肼的加入量對其電化學(xué)性能有較大影響,當(dāng)實驗中還原肼的加入量為0.6 mL時,rGO在1 Ag-1的電流密度下獲得207 Fg-1的高比電容。采用一種簡單易行的前驅(qū)體轉(zhuǎn)化法,成功地制備了組分不同而形貌結(jié)構(gòu)相近的α相雙金屬鎳鈷氫氧化物材料。這種材料具有獨特的薄片狀結(jié)構(gòu)和良好的氧化還原活性。并且相比于氫氧化鎳材料,鈷離子的引入對活性材料的循環(huán)穩(wěn)定性、比容量和倍率性能的提高都有很大幫助。在1 Ag-1的電流密度下,鎳鈷組分比為1:1的Ni0.5Co0.5氫氧化物表現(xiàn)出1600 Fg-1的高比容量,并且在10 Ag-1的大電流密度下經(jīng)過1000次循環(huán)后還能保持為初始比電容100%的容量。進(jìn)一步通過傅立葉紅外變換技術(shù)分析了層間乙二醇分子的存在與鎳鈷氫氧化物循環(huán)穩(wěn)定性的關(guān)系,提出了鈷離子的引入使得乙二醇分子能在鎳鈷氫氧化物層間穩(wěn)定存在,而層間乙二醇分子的存在抑制了α相鎳鈷氫氧化物向β相的轉(zhuǎn)變,從而使活性材料獲得更高的循環(huán)穩(wěn)定性。
[Abstract]:In recent years, supercapacitors (also called electrochemical capacitors) have attracted a wide range of research interests at home and abroad because of their excellent characteristics of high power and long cycle life. Electric vehicles and various portable electronic devices and other fields have a broad application prospects. New supercapacitors depend on the research of high performance electrode materials. Among all kinds of active electrode energy storage materials, two-dimensional flake graphene structure material and lamellar nickel cobalt based hydroxide material, due to their special layered structure and excellent electrochemical properties, It has been gradually applied to the study of electrode active materials for supercapacitors. In this paper, the preparation methods, morphology and electrochemical properties of the two kinds of materials were studied, and the relationship between the structure of the active materials and their electrochemical properties was discussed. The main results of this paper are as follows: the two-dimensional flake graphene oxide (GO), was prepared by modified Hummers method and reduced graphene oxide (rGO). Was obtained by hydrothermal hydrazine reduction method. XRD,Raman spectra and FT-IR Fourier transform infrared transform (FTIR) techniques were used to analyze the surface structure of rGO. It was found that there were a large number of oxygen groups and structural defects on the surface of rGO. The influence of the amount of reductive hydrazine on the surface disorder was studied. In the electrochemical performance analysis, both GO and rGO showed the double layer capacitance performance of typical carbon materials. The electrochemical properties of rGO active materials were better than those of GO, and the amount of reductive hydrazine had great influence on their electrochemical performance. When the amount of reduced hydrazine was 0.6 mL, the rGO obtained a high specific capacitance of 207 Fg-1 at the current density of 1 Ag-1. The 偽 phase nickel cobalt hydroxide materials with different composition and similar morphology were successfully prepared by a simple and convenient precursor conversion method. This material has a unique lamellar structure and good redox activity. Compared with the nickel hydroxide material, the introduction of cobalt ion can greatly improve the cycling stability, specific capacity and performance of the active materials. At a current density of 1 Ag-1, Ni0.5Co0.5 hydroxides with a ratio of 1:1 to nickel and cobalt exhibit a high specific capacity of 1600 Fg-1. After 1000 cycles at a high current density of 10 Ag-1, the capacity can be kept to 100% of the initial specific capacitance. The relationship between the existence of interlaminar ethylene glycol and the cyclic stability of nickel-cobalt hydroxide is analyzed by Fourier transform infrared transform technique. It is proposed that the introduction of cobalt ion can stabilize the existence of ethylene glycol in the nickel-cobalt hydroxide layer. However, the existence of interlaminar ethylene glycol inhibits the transition from 偽 phase nickel cobalt hydroxide to 尾 phase, which makes the active material obtain higher cycle stability.
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：O611.4;TM53

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本文編號：2406817