【摘要】：近年來(lái),隨著世界經(jīng)濟(jì)的迅猛增長(zhǎng),傳統(tǒng)化石能源受到了空前的消耗,除了其儲(chǔ)量的大幅度減少外,更嚴(yán)重的是隨之而來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題,為此,環(huán)境的保護(hù)和能源的可持續(xù)發(fā)展成為目前世界各國(guó)所追求的目標(biāo)。隨著人類科技水平的不斷提高,新能源的開發(fā)逐漸的引起了全球的關(guān)注,對(duì)其相應(yīng)儲(chǔ)能器件的研究也激發(fā)了全世界的熱切關(guān)注。作為一種新型的儲(chǔ)能器件,相比于傳統(tǒng)的儲(chǔ)能器件(電容器與蓄電池),超級(jí)電容器不僅擁有傳統(tǒng)電容高功率密度而且還具備了電池高能量密度的特點(diǎn)。除此以外,快速充電,杰出的倍率特性以及安全無(wú)污染等特點(diǎn)更讓超級(jí)電容器在儲(chǔ)能領(lǐng)域有著前所未有的應(yīng)用和發(fā)展前景。通過(guò)已有的研究我們發(fā)現(xiàn),超級(jí)電容器件是否具有優(yōu)異的性能大部分取決于其構(gòu)筑材料,目前,人們對(duì)納米材料進(jìn)行了深入的研究,并且發(fā)現(xiàn)其在超級(jí)電容器發(fā)展過(guò)程中占據(jù)了極其重要的地位。而在眾多合適的儲(chǔ)能材料中,鉆酸鎳,鈷酸鐵,硫代鈷酸鎳,硫代鈷酸鐵等雙金屬Ⅵ族化合物由于具備了極高的比容量,杰出的導(dǎo)電性以及優(yōu)異的氧化還原特性使其在超級(jí)電容的發(fā)展中備受矚目。本文利用水熱法制備了鈷鐵雙金屬Ⅵ族化合物(鈷酸鐵(FeCo2O4),硫代鈷酸鐵(FeCo2S4))和黑鱗-紅磷-還原氧化石墨(BP-RP-rGO),此外,我們通過(guò)三電極系統(tǒng)對(duì)它們的電化學(xué)性能進(jìn)行了分析研究,并對(duì)FeCo2S4與BP-RP-rGO構(gòu)筑的新型超級(jí)電容器件進(jìn)行了深入的研究,主要內(nèi)容如下:(1)以泡沫鎳作為導(dǎo)電基底,利用水熱法,通過(guò)改變不同的反應(yīng)時(shí)間來(lái)制備出不同微觀結(jié)構(gòu)的前驅(qū)體,然后通過(guò)退火最終制備出FeCo2O4納米線結(jié)構(gòu),FeCo2O4納米線@納米片異質(zhì)結(jié)構(gòu)以及FeCo2O4分層納米球結(jié)構(gòu)。此外,我們研究了改變反應(yīng)時(shí)間對(duì)FeCo2O4納米結(jié)構(gòu)的影響,并且進(jìn)一步研究了不同反應(yīng)時(shí)間合成不同F(xiàn)eCo2O4納米結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)機(jī)理。我們將負(fù)載有活性材料的泡沫鎳直接用于電化學(xué)測(cè)試,并發(fā)現(xiàn)相比于其他結(jié)構(gòu),在18 h條件下制備的FeCo2O4納米線@納米片異質(zhì)結(jié)構(gòu)電極展現(xiàn)出了最高的比容量,在2Ag-1的電流密度下比容量達(dá)到969 F/g,以及優(yōu)異的導(dǎo)電性和循環(huán)充放電穩(wěn)定性。(2)通過(guò)水熱制備的方法,以泡沫鎳作為導(dǎo)電基底,硫化鈉(Na2S)作為離子交換過(guò)程的硫源,首先通過(guò)改變不同的反應(yīng)時(shí)間制備出不同的前驅(qū)體,然后對(duì)前驅(qū)體進(jìn)行硫化,最終制備出了 FeCo2S4納米線結(jié)構(gòu)以及FeCo2S4分層納米球結(jié)構(gòu),我們發(fā)現(xiàn)相比于氧化物,硫化物的導(dǎo)電性和比容量等都得到了很大的提高,而相比于FeCo2S4分層納米球結(jié)構(gòu),FeCo2S4納米線結(jié)構(gòu)在2 A g-1的電流密度下比容量達(dá)到3000 Fg 1,同時(shí)擁有著優(yōu)異的倍率性能和良好的循環(huán)穩(wěn)定性。(3)為了對(duì)雙金屬氧化物FeCo2O4、雙金屬硫化物FeCo2S4和BP-RP-rGO的實(shí)際應(yīng)用能力進(jìn)行深入分析和研究,我們制備了多組電容器件。首先,我們?cè)?5℃水浴環(huán)境下制備出PVA/KOH固態(tài)電解質(zhì)。然后我們以FeCo2O4納米線@納米片異質(zhì)結(jié)構(gòu)作為對(duì)稱超級(jí)電容器件的正極和負(fù)極,利用PVA-KOH凝膠電解質(zhì)作為器件隔膜,制備出FeCo2O4//FeCo2O4全固態(tài)對(duì)稱超級(jí)電容器件,并且成功點(diǎn)亮一個(gè)紅色LED燈。接下來(lái)我們用FeCo2S4納米線結(jié)構(gòu)作為非對(duì)稱超級(jí)電容器件正極,BP-RP-rGO三維復(fù)合結(jié)構(gòu)和rGO作為負(fù)極,利用PVA-KOH凝膠電解質(zhì)作為器件隔膜,成功的組裝出BP-RP-rGO//FeCo2S4和rGO//FeCo2S4全固態(tài)非對(duì)稱超級(jí)電容器件,以及其他三個(gè)全固態(tài)對(duì)稱器件(FeCo2S4//FeCo2S4,BP-RP-rGO//BP-RP-rGO,rGO//rG(O)為對(duì)比樣,我們發(fā)現(xiàn) BP-RP-rGO//FeCo2S4相比于其他器件有著更大的電壓窗口,更高的比容量以及更優(yōu)異的功率密度和能量密度,在1 Ag4的電流密度下比容量達(dá)到333 F g-1,最大的能量密度達(dá)到29.304 Wh/kg-1,最大的功率密度達(dá)到3102.8Wkg-1。此外通過(guò)串聯(lián)電容器件成功點(diǎn)亮十七個(gè)紅色LED燈,為后續(xù)筑造更高容量以及結(jié)構(gòu)的電容器件提供了實(shí)驗(yàn)支持。
【圖文】：

１．２超級(jí)電容器的概述逡逑１．２．１超級(jí)電容器的分類逡逑如圖１．３所示為超級(jí)電容的主要結(jié)構(gòu)示意圖ｍ。就目前來(lái)看，超級(jí)電容器可逡逑以按如下方式進(jìn)行分類，如果按照電解液可以分為兩類，比較常見(jiàn)的是水系電解逡逑液，通常是一定的超純水和適量的Ｈ２ＳＯ４、ＮａｉＳＯｕ邋ＮａＯＨ或ＫＯＨ來(lái)配置出酸逡逑性，中性，堿性的電解液。而另一類便是有機(jī)電解液，通常來(lái)說(shuō)他們之間的區(qū)別逡逑在于水系電解液電容的電壓窗口明顯低于有機(jī)電解液電容的電壓窗口，與此同時(shí)，逡逑能量密度的高低也會(huì)在一定程度上受到不同電解液的影響。逡逑，：？…＜邐Ｂｏｌｔｓ逡逑ＰＴＦＥ邋Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ邋ｓｔｅｅｌ邋ｐｌａｔｅ邋ＰＴＦＥ逡逑１邐１邋Ｃｕｒｒｅｎｔ邋Ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ邋：逡逑＋邋＾逡逑＞？邐１邋Ｓｅｐａｒａｔｏｒ邋Ｉ邋劶逡逑Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ邋ｓｔｅｅｌ邋ｐｌａｔｅ邋￡逡逑圖１．３超級(jí)電容器各部分組成結(jié)構(gòu)示意圖１３１逡逑如果按照電極材料以及其相應(yīng)的儲(chǔ)能機(jī)理進(jìn)行分類［８１，依此又可以分為法拉逡逑第kw電容和雙電層電容，如圖１．４所示。其中雙電層和傳統(tǒng)電容有著類似的儲(chǔ)能逡逑機(jī)理［９］

１．２超級(jí)電容器的概述逡逑１．２．１超級(jí)電容器的分類逡逑如圖１．３所示為超級(jí)電容的主要結(jié)構(gòu)示意圖ｍ。就目前來(lái)看，超級(jí)電容器可逡逑以按如下方式進(jìn)行分類，如果按照電解液可以分為兩類，比較常見(jiàn)的是水系電解逡逑液，通常是一定的超純水和適量的Ｈ２ＳＯ４、ＮａｉＳＯｕ邋ＮａＯＨ或ＫＯＨ來(lái)配置出酸逡逑性，中性，堿性的電解液。而另一類便是有機(jī)電解液，，通常來(lái)說(shuō)他們之間的區(qū)別逡逑在于水系電解液電容的電壓窗口明顯低于有機(jī)電解液電容的電壓窗口，與此同時(shí)，逡逑能量密度的高低也會(huì)在一定程度上受到不同電解液的影響。逡逑，：？…＜邐Ｂｏｌｔｓ逡逑ＰＴＦＥ邋Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ邋ｓｔｅｅｌ邋ｐｌａｔｅ邋ＰＴＦＥ逡逑１邐１邋Ｃｕｒｒｅｎｔ邋Ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ邋：逡逑＋邋＾逡逑＞？邐１邋Ｓｅｐａｒａｔｏｒ邋Ｉ邋劶逡逑Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ邋ｓｔｅｅｌ邋ｐｌａｔｅ邋￡逡逑圖１．３超級(jí)電容器各部分組成結(jié)構(gòu)示意圖１３１逡逑如果按照電極材料以及其相應(yīng)的儲(chǔ)能機(jī)理進(jìn)行分類［８１，依此又可以分為法拉逡逑第kw電容和雙電層電容，如圖１．４所示。其中雙電層和傳統(tǒng)電容有著類似的儲(chǔ)能逡逑機(jī)理［９］
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O646.54;TM53

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 張震;鎳基材料及其石墨烯復(fù)合物的超級(jí)電容特性研究[D];湘潭大學(xué);2016年

2 田姍姍;四氧化三鈷作為超級(jí)電容器電極材料的制備及其電化學(xué)性能研究[D];吉林大學(xué);2015年

3 劉學(xué)軍;電化學(xué)沉積石墨烯及其電容特性研究[D];湘潭大學(xué);2014年

本文編號(hào)：2690282