【摘要】：超級電容器是一種介于二次電池和物理電容器之間的新型儲能器件,應(yīng)用前景廣闊。電極材料作為關(guān)鍵部件直接影響著超級電容器的比電容量、倍率放電性能及穩(wěn)定性等性能,成為研究的重點。過渡金屬氫氧化物具有理論容量高、電化學(xué)活性高、成本低等諸多優(yōu)點而成為電極材料研究的熱點。為獲得高性能的超級電容器電極材料,本論文采用水熱法合成納米鎳、鈷及其復(fù)合氫氧化物等電極材料。通過調(diào)控反應(yīng)條件,獲得不同形貌結(jié)構(gòu)的鎳、鈷及其復(fù)合氫氧化物電極材料。采用X射線衍射儀(XRD)、紅外光譜儀(FTIR)、X射線光電子能譜儀(XPS)、比表面積分析儀(BET)、場發(fā)射掃描電鏡(FE-SEM)、高分辨透射電鏡(HRTEM)等物理表征手段表征材料的形貌與結(jié)構(gòu),并利用電化學(xué)工作站和藍(lán)電電池充放電儀評價電極材料的電化學(xué)性能。調(diào)變水熱反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、沉淀劑的類型、表面活性劑的種類及濃度,結(jié)合物理表征和電化學(xué)表征結(jié)果,分析了各種因素對材料結(jié)構(gòu)和性能的影響,提出不同形貌結(jié)構(gòu)的形成機理。主要內(nèi)容簡述如下:1.采用水熱法,以表面活性劑CTAB為模板劑合成了形貌、尺寸均一的氫氧化鈷納米線、納米立方電極材料。通過控制反應(yīng)體系的表面活性劑(CTAB)濃度、水熱反應(yīng)時間等因素,控制合成出不同形貌、尺寸氫氧化鈷納米材料,研究并闡述了不同形貌的形成機理;通過電化學(xué)測試評價了氫氧化鈷電極材料的電化學(xué)性能。結(jié)果顯示,氫氧化鈷納米線電極材料在0.5 A/g電流密度時的比容量為522 F/g;由于納米線結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,氫氧化鈷電極材料與活性炭組裝的非對稱超級電容器表現(xiàn)出超長的循環(huán)壽命。2.為了獲得利于電子離子傳輸?shù)碾姌O材料,我們合成了花狀結(jié)構(gòu)的氫氧化鎳電極材料并研究了納米花結(jié)構(gòu)的形成機理。結(jié)果表明,這些由六邊形β相氫氧化鎳納米片堆積而成的納米花結(jié)構(gòu)是由于水熱過程中的溶解-再結(jié)晶和自組裝作用形成的。由于電極材料的導(dǎo)電性好,納米片堆積形成的介孔結(jié)構(gòu)有利于離子傳輸,氫氧化鎳電極材料在2 A/g電流密度時的比容量高達2653.2 F/g。3.為了充分發(fā)揮鎳鈷材料各自優(yōu)勢,利用鈷、鎳復(fù)合材料的協(xié)同效應(yīng)。本文通過調(diào)控不同鎳鈷比例獲得了不同納米花結(jié)構(gòu)的鎳、鈷復(fù)合氫氧化物電極材料。同時,論文詳細(xì)研究了氫氧化鎳鈷納米花型結(jié)構(gòu)的形成機理。為評價電極材料的電容性能,以Ni_0.28Co_0.72(OH)_2材料為正極,活性炭為負(fù)極組裝了非對稱超級電容器,其在80.5W/kg功率密度時的能量密度為19.4 Wh/kg。4.為了進一步提高氫氧化鎳電極材料的導(dǎo)電性,本文合成了氫氧化鎳/氧化石墨烯(GO)復(fù)合電極材料。為增強氫氧化鎳與GO的結(jié)合強度,提高材料的導(dǎo)電性,Hummers’法制備的GO經(jīng)過二次氧化處理后作為載體,通過水熱法制備了功能化GO“錨固”負(fù)載氫氧化鎳復(fù)合電極材料,二次氧化GO擔(dān)載型氫氧化鎳復(fù)合電極材料表現(xiàn)出更優(yōu)的比電容量,倍率性能及穩(wěn)定性。
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【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM53

【參考文獻】

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1 劉天晴,郭榮,沈明,于衛(wèi)里;SDS和CTAB水溶液中膠束擴散系數(shù)及第一、第二CMC測定[J];物理化學(xué)學(xué)報;1996年04期

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本文編號：2428229