【摘要】：超級電容器,作為一種新型的功率型儲能器件具有的功率密度較高、循環(huán)性能穩(wěn)定并且能夠進行快速的充放電等特點。這些優(yōu)良的性能讓超級電容器的應用前景受到廣大科研工作者的高度關注。在目前已經(jīng)報道了的各類電極材料所制備的超級電容器當中,將鎳基硫化物作為電極材料所制得的超級電容器已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)在較高的功率密度的同時具有不錯的能量密度和良好的循環(huán)穩(wěn)定性,極具投入應用的希望。本文主要以鎳基硫化物為研究對象,通過不同的合成方法、不同的合成條件,制備了具有不同顆粒尺寸、微觀形貌、電化學性能的鎳基硫化物電極材料,并系統(tǒng)的研究了制備條件對顆粒尺寸、微觀形貌的影響,以及最終對其電化學性能的影響。以下為主要研究成果:(1)提出了一種簡單溶劑熱方法,成功地制備了具有層級結(jié)構(gòu)的卷心菜狀α-NiS粒子,并且研究了溶劑熱時間及退火溫度的影響。當溶劑熱熱時間達到9小時,卷心菜狀α-NiS粒子的表面形成了相互交叉蠕蟲狀的條帶,并且在條帶的間隙填充有粒徑約為50 nm的α-NiS納米顆粒,當其在400 ~oC的氬氣環(huán)境中退火后,展現(xiàn)出了非常優(yōu)秀的電化學性能。其質(zhì)量比容量在1 A g~(-1)的電流密度下達到了1887F g~(-1),并且在10 A g~(-1)的電流密度下仍然具有1144 F g~(-1)。在5 A g~(-1)的電流密度下經(jīng)過2000圈的循環(huán)穩(wěn)定性測試后的電容保持率為87.1%。將層級結(jié)構(gòu)卷心菜狀α-NiS粒子與還原氧化石墨烯分別作為正極和負極組成非對稱超級電容器,在800 W kg~(-1)和8000 W kg~(-1)的功率密度下分別展現(xiàn)了48.67 Wh kg~(-1)和19.32 Wh kg~(-1)的能量密度,體現(xiàn)了其優(yōu)秀的應用潛力。(2)由于NiS粒子的金屬性質(zhì)及還原氧化石墨烯的較大比表面積,本章在微波輔助法制備α-NiS納米粒子的基礎上,摻入并通過微波還原氧化石墨為NiS納米粒子提供生長點,并且增加了在冰水混合物中淬火的步驟使灼熱的NiS納米粒子迅速降溫避免聚結(jié)。成功實現(xiàn)了對NiS納米粒子在約為50-300 nm范圍內(nèi)的粒徑控制,并且研究了不同粒徑納米粒子的電化學性能。雖然所制備的材料擁有不錯的容量,較低的阻抗,然而材料的倍率性能比較一般,并且在循環(huán)性能上有著極大的缺陷,通過各種方法改性得到的微波輔助法制備的鎳基硫化物材料的循環(huán)保持率均低于30%。需要通過進一步改善制備方法,能夠快速、高效、廉價地制備更有應用價值的材料。(3)通過溶劑熱方法制備具有特殊結(jié)構(gòu)的前驅(qū)體并且進行了Co元素的摻雜,再通過微波硫化,在第二章制備的材料的基礎上,提升其電化學性能。通過溶劑熱法摻入了Co元素并且構(gòu)造出了珊瑚狀多孔結(jié)構(gòu)的前驅(qū)體,在通過微波輔助法硫化前驅(qū)體,但在通過微波硫化時,前驅(qū)體的由于微波輔助法加熱過于迅速使之結(jié)構(gòu)未能保持,破碎成為類似直接由微波輔助法制備的鎳基硫化物的顆粒狀結(jié)構(gòu),同時包覆還原氧化石墨烯,改善了其顆粒堆疊的狀況。雖然未能保持前驅(qū)體結(jié)構(gòu),但通過二步溶劑熱-微波硫化過程制備出的鈷鎳基硫化物電極材料的相比于第二章制備的鎳基硫化物在倍率性能及循環(huán)性能有了質(zhì)的提高。在今后的科研工作中,希望研究者們能夠在使用微波硫化法的基礎上保持前驅(qū)體的結(jié)構(gòu),進一步提高材料的電化學性能。
【圖文】：

不同能源儲存器件的Ragone圖

超級電容器結(jié)構(gòu)示意圖
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM53;TB34

【參考文獻】

相關碩士學位論文 前1條

1 王嬌;硫化鎳電極材料的制備及其電化學性能的研究[D];浙江大學;2018年

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本文編號：2674498