【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(diǎn)被認(rèn)為是最有前景的儲(chǔ)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(gè)數(shù)量級,這一缺點(diǎn)限制了其在各種電子器件中的廣泛應(yīng)用。合理設(shè)計(jì)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(jī)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(jì)導(dǎo)電集電極負(fù)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(fù)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(chǔ)能機(jī)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(shí)驗(yàn)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)比電容為6.55 F cm-2,是 5 mA Ccm-2 時(shí)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(shí)達(dá)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(chǔ)能機(jī)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(xiàn)。
【圖文】：

隨著世界人口膨脹和經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，，人類社會(huì)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(jì)年鑒》發(fā)布的世界一逡逑次能源消費(fèi)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(fèi)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(dá)世界一次能源消費(fèi)的四分之一［３］。然而，這些化石燃料的使用不僅會(huì)逡逑大幅提升能源成本，而且會(huì)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(jìn)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(qiáng)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(chǔ)與轉(zhuǎn)換器件用以滿足新型能源的存儲(chǔ)［７＿９］。同逡逑時(shí)

隨著世界人口膨脹和經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人類社會(huì)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(jì)年鑒》發(fā)布的世界一逡逑次能源消費(fèi)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(fèi)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(dá)世界一次能源消費(fèi)的四分之一［３］。然而，這些化石燃料的使用不僅會(huì)逡逑大幅提升能源成本，而且會(huì)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(jìn)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(qiáng)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(chǔ)與轉(zhuǎn)換器件用以滿足新型能源的存儲(chǔ)［７＿９］。同逡逑時(shí)
【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(xiàn)】

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(jìn)展[J];化學(xué)通報(bào);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(bào)(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

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

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