【摘要】：超級電容器具有高功率密度、高充放電效率、可逆性好、循環(huán)壽命長及較高的能量密度等特點。鋰離子二次電池具有高能量密度、高工作電壓、循環(huán)壽命長等優(yōu)點,是當(dāng)前最受重視、發(fā)展最快的高能蓄電池。過渡金屬氧化物具有理論容量高和優(yōu)良的電性能,可作為超級電容器和鋰離子二次電池的電極材料。本論文采用無模板直接生長法,分別制備了 Co(OH)_2、Co_3O_4和NiCo_2O_4微納米線陣列電極;利用SEM、XRD和TEM對電極表面形貌進行表征;通過循環(huán)伏安、恒流充放電和交流阻抗等方法對電極的電化學(xué)性能進行測試。分別組裝以Co(OH)_2、Co_3O_4和NiCo_2O_4微納米線陣列電極為正極、以活性炭電極為負極的混合超級電容器;分別組裝以Co_3O_4和NiCo_2O_4微納米線陣列為研究電極,以金屬鋰片為對電極和參比電極的鋰離子扣式電池。并用循環(huán)伏安、恒流充放電和交流阻抗法對電容器和電池的性能進行測試。XRD表征表明Co(OH)_2微納米線為水鎂石結(jié)構(gòu),Co_3O_4和NiCo_2O_4微納米線為尖晶石結(jié)構(gòu),晶體結(jié)構(gòu)完整。SEM及TEM表征表明Co(OH)_2和Co_3O_4微納米線陣列由長度約為10～15μm,直徑約為500nm的均勻微納米線組成;NiCo_2O_4微納米線陣列由長度約為10～15 μm,直徑約為540 nm的均勻微納米線組成。Co(OH)_2微納米線陣列電極經(jīng)恒流充放電測試,其比容量最高可達635.3 F·g~(-1),循環(huán)500次后,放電比容量仍保持466.7 F·g~(-1);交流阻抗測試表明電荷傳遞電阻為0.13Ω 經(jīng)500次循環(huán)后電阻僅增加0.03 Ω。Co(OH)_2微納米線陣列電極在不同濃度的KOH電解液中比容量隨濃度增大先增大后減小。Co(OH)_2微納米線陣列/活性炭混合電容器恒流充放電時放電比容量最高可達47.5 F·g~(-1),循環(huán)500次后,放電比容量仍保持36.3 F·g~(-1),電荷傳遞電阻僅為0.7 Ω。Co_3O_4微納米線陣列電極經(jīng)恒流充放電測試,其比容量最高可達746.5 F·g~(-1),循環(huán)500次后,放電比容量仍保持626.9 F·g~(-1);交流阻抗測試表明電荷傳遞電阻為0.35 Ω,經(jīng)500次循環(huán)后電阻僅增加0.04 Ω。Co_3O_4微納米線陣列電極隨KOH電解液濃度增大,比容量增大。Co_3O_4微納米線陣列/活性炭混合電容器恒流充放電時最大比容量為49.3 F·g~(-1),循環(huán)500次后,放電比容量仍保持33.0 F·g~(-1),電荷傳遞電阻為3.0 Ω。Co_3O_4微納米線陣列鋰離子扣式電池在0.1C的電流條件下,首次嵌、脫鋰比容量分別為1400 mAh·g~(-1)和854 mAh·g~(-1);經(jīng)過10個循環(huán)后,放電比容量穩(wěn)定在880 mAh·g~(-1)左右,沒有明顯衰減。NiCo_2O_4微納米線陣列電極經(jīng)恒流充放電測試,其比容量最高可達739 F·g~(-1),循環(huán)500次后,放電比容量仍保持548.4 F·g~(-1),;交流阻抗測試表明電荷傳遞電阻為0.26 Ω,經(jīng)過500次循環(huán)后電阻僅增加0.12 Ω。NiCo_2O_4微納米線陣列/活性炭混合電容器在恒流充放電時最大比容量為75 F·g~(-1),循環(huán)500次后,放電比容量仍保持43.5 F·g~(-1),電荷傳遞電阻為1.05 Ω。NiCo_2O_4微納米線陣列鋰離子扣式電池在0.1C下充放電時,首次放、充電比容量分別為994.4 mAh·g~(-1)和686.7 mAh·g~(-1);經(jīng)過10個循環(huán)后,可逆比容量為667.3 mAh·g~(-1)。當(dāng)倍率增大到1C時,容量保持率為29%。由于NiCo_2O_4微納米線陣列電極易于制備,不需要導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑,因而作為鋰離子電池的負極材料表現(xiàn)出一定的優(yōu)越性。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM912;TM53

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本文編號：2438502