【摘要】：超級電容器因其功率密度高、充放電速度快、壽命長、使用安全等優(yōu)點被認為是最有前景的儲能器件之一。然而,超級電容器的能量密度相對二次電池低一個數(shù)量級,這一缺點限制了其在各種電子器件中的廣泛應(yīng)用。合理設(shè)計基于過渡金屬化合物活性材料的高效新型電極結(jié)構(gòu)是提高能量密度的有效方式。然而,基于高贗電容機理法拉第氧化還原反應(yīng)伴隨循環(huán)穩(wěn)定性的損失是限制其廣泛應(yīng)用的一大難題。設(shè)計導(dǎo)電集電極負載高贗電容活性材料的復(fù)合電極是解決這一問題的有效途徑。本論文構(gòu)造出大比表面積鎳納米線(NiNW)負載Ni-Co氧化物/氫氧化物納米陣列復(fù)合電極,并研究了該結(jié)構(gòu)超長循環(huán)穩(wěn)定性的儲能機理。主要研究內(nèi)容如下:1.采用溫和的水浴法合成出鎳納米線(NiNW),并研究了不同實驗條件(反應(yīng)溫度、Ni2+濃度及溶液體積占比等)對NiNW尺寸的影響。結(jié)果表明溶液體積占比(溶液體積:容器容積)是控制NiNW不同尺寸的關(guān)鍵因素。同時還基于NiNW的制備方法構(gòu)造出鎳納米線/泡沫鎳(NiNW/NF)復(fù)合基底,結(jié)果表明不同形貌的鎳鈷化合物均能高度均勻且牢固的生長在NiNW上,證實了 NiNW/NF復(fù)合結(jié)構(gòu)可以作為基底用于構(gòu)造出高性能的三維(3D)分層核-殼結(jié)構(gòu)。2.以上述NiNW/NF復(fù)合結(jié)構(gòu)作為基底構(gòu)造出3D分層的NiNW核@NiCo2O4殼/NF復(fù)合電極。通過控制退火條件,實現(xiàn)了 NiNW/NF復(fù)合結(jié)構(gòu)表面介孔NiCo2O4納米棒的形成。該結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出了高的比電容量(5mAcm-2時的比電容7.44Fcm-2)、良好的循環(huán)性能(1500循環(huán)后比容量保持74.08%)以及優(yōu)異的倍率特性(100mAcm-2時比電容為6.55 F cm-2,是 5 mA Ccm-2 時的 88.04%)。3.以NiNW/NF復(fù)合結(jié)構(gòu)作為基底構(gòu)造出3D多層次鎳納米線@鎳鈷雙氫氧化物/泡沫鎳(NiNW@NiCo-DH/NF)復(fù)合電極。相比不含鎳納米線組分的NiCo-DH/NF,所獲得的NiNW@NiCo-DH/NF復(fù)合電極的電化學(xué)性能明顯改善,該復(fù)合電極表現(xiàn)出高面積比電容(5mAcm-2時達2.25 Fcm-2)、優(yōu)秀的倍率特性(1.65 F cm-2 at 100 mAcm-2)和突出的循環(huán)穩(wěn)定性(20000循環(huán)之后為初始值的151.2%)。對該復(fù)合電極超長循環(huán)壽命的儲能機理的研究表明在充放電過程中鎳納米線表層形成高的贗電容NiOOH是長壽命的主要貢獻。
【圖文】：

隨著世界人口膨脹和經(jīng)濟快速發(fā)展，，人類社會對能源的需求與日俱增，加劇了化石逡逑能源的過度消耗［１＿２］。２０１７年７月５日，第６６版《ＢＰ世界能源統(tǒng)計年鑒》發(fā)布的世界一逡逑次能源消費占比曲線圖（圖１－１所示）可以看出當(dāng)今能源消耗結(jié)構(gòu)中化石能源依舊占據(jù)主導(dǎo)逡逑地位。其中，２０１６年石油消耗約占世界一次能源消費的三分之一，煤炭消耗占比為２８．１％，逡逑天然氣的消耗量也高達世界一次能源消費的四分之一［３］。然而，這些化石燃料的使用不僅會逡逑大幅提升能源成本，而且會伴隨著環(huán)境問題的產(chǎn)生，如溫室氣體的排放等［４，５］。為了促進能逡逑源消耗的可持續(xù)發(fā)展和減少溫室氣體的排放量，對可再生清潔能源（如風(fēng)能、太陽能、潮逡逑汐能等）的開發(fā)利用顯得尤為迫切和重要［６］。但是，由于這些可再生清潔能源對環(huán)境條件的逡逑依賴程度十分強烈，以及它們十分不均的地理分布，極大程度地限制了人們對其直接利用。逡逑為了緩解這一問題，急需一種高效的能量存儲與轉(zhuǎn)換器件用以滿足新型能源的存儲［７＿９］。同逡逑時

隨著世界人口膨脹和經(jīng)濟快速發(fā)展，人類社會對能源的需求與日俱增，加劇了化石逡逑能源的過度消耗［１＿２］。２０１７年７月５日，第６６版《ＢＰ世界能源統(tǒng)計年鑒》發(fā)布的世界一逡逑次能源消費占比曲線圖（圖１－１所示）可以看出當(dāng)今能源消耗結(jié)構(gòu)中化石能源依舊占據(jù)主導(dǎo)逡逑地位。其中，２０１６年石油消耗約占世界一次能源消費的三分之一，煤炭消耗占比為２８．１％，逡逑天然氣的消耗量也高達世界一次能源消費的四分之一［３］。然而，這些化石燃料的使用不僅會逡逑大幅提升能源成本，而且會伴隨著環(huán)境問題的產(chǎn)生，如溫室氣體的排放等［４，５］。為了促進能逡逑源消耗的可持續(xù)發(fā)展和減少溫室氣體的排放量，對可再生清潔能源（如風(fēng)能、太陽能、潮逡逑汐能等）的開發(fā)利用顯得尤為迫切和重要［６］。但是，由于這些可再生清潔能源對環(huán)境條件的逡逑依賴程度十分強烈，以及它們十分不均的地理分布，極大程度地限制了人們對其直接利用。逡逑為了緩解這一問題，急需一種高效的能量存儲與轉(zhuǎn)換器件用以滿足新型能源的存儲［７＿９］。同逡逑時
【學(xué)位授予單位】：湖北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM53

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 雷文;趙曉梅;何平;劉洪濤;;碳基超級電容器電極材料的研究進展[J];化學(xué)通報;2013年11期

2 劉小軍;盧永周;;超級電容器綜述[J];西安文理學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版);2011年02期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 范慧清;鈷基過渡金屬氧化物復(fù)合納米薄膜材料的制備及其電化學(xué)性能研究[D];浙江大學(xué);2016年

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1 謝浩;摻氮石墨烯基復(fù)合電極材料及超級電容器的制備與性能研究[D];南京大學(xué);2016年

本文編號：2660113