【摘要】：近年來,隨著世界經(jīng)濟的迅猛增長,傳統(tǒng)化石能源受到了空前的消耗,除了其儲量的大幅度減少外,更嚴(yán)重的是隨之而來的環(huán)境污染問題,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,對其相應(yīng)儲能器件的研究也激發(fā)了全世界的熱切關(guān)注。作為一種新型的儲能器件,相比于傳統(tǒng)的儲能器件(電容器與蓄電池),超級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。除此以外,快速充電,杰出的倍率特性以及安全無污染等特點更讓超級電容器在儲能領(lǐng)域有著前所未有的應(yīng)用和發(fā)展前景。通過已有的研究我們發(fā)現(xiàn),超級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,人們對納米材料進(jìn)行了深入的研究,并且發(fā)現(xiàn)其在超級電容器發(fā)展過程中占據(jù)了極其重要的地位。而在眾多合適的儲能材料中,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,我們通過三電極系統(tǒng)對它們的電化學(xué)性能進(jìn)行了分析研究,并對FeCo2S4與BP-RP-rGO構(gòu)筑的新型超級電容器件進(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,通過改變不同的反應(yīng)時間來制備出不同微觀結(jié)構(gòu)的前驅(qū)體,然后通過退火最終制備出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)時間對FeCo2O4納米結(jié)構(gòu)的影響,并且進(jìn)一步研究了不同反應(yīng)時間合成不同F(xiàn)eCo2O4納米結(jié)構(gòu)的生長機理。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)作為離子交換過程的硫源,首先通過改變不同的反應(yīng)時間制備出不同的前驅(qū)體,然后對前驅(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)為了對雙金屬氧化物FeCo2O4、雙金屬硫化物FeCo2S4和BP-RP-rGO的實際應(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,我們在95℃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)作為對稱超級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)對稱超級電容器件,并且成功點亮一個紅色LED燈。接下來我們用FeCo2S4納米線結(jié)構(gòu)作為非對稱超級電容器件正極,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)非對稱超級電容器件,以及其他三個全固態(tài)對稱器件(FeCo2S4//FeCo2S4,BP-RP-rGO//BP-RP-rGO,rGO//rG(O)為對比樣,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。此外通過串聯(lián)電容器件成功點亮十七個紅色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驗支持。
【圖文】：

１．２超級電容器的概述逡逑１．２．１超級電容器的分類逡逑如圖１．３所示為超級電容的主要結(jié)構(gòu)示意圖ｍ。就目前來看，超級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來配置出酸逡逑性，中性，堿性的電解液。而另一類便是有機電解液，通常來說他們之間的區(qū)別逡逑在于水系電解液電容的電壓窗口明顯低于有機電解液電容的電壓窗口，與此同時，逡逑能量密度的高低也會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)的儲能機理進(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)電容有著類似的儲能逡逑機理［９］

１．２超級電容器的概述逡逑１．２．１超級電容器的分類逡逑如圖１．３所示為超級電容的主要結(jié)構(gòu)示意圖ｍ。就目前來看，超級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來配置出酸逡逑性，中性，堿性的電解液。而另一類便是有機電解液，，通常來說他們之間的區(qū)別逡逑在于水系電解液電容的電壓窗口明顯低于有機電解液電容的電壓窗口，與此同時，逡逑能量密度的高低也會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)的儲能機理進(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)電容有著類似的儲能逡逑機理［９］
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：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：2690282