【摘要】：超級(jí)電容器是一種新型綠色的電化學(xué)儲(chǔ)能設(shè)備,它具有充電時(shí)間短、放電效率高、高功率密度、使用壽命長(zhǎng)和對(duì)環(huán)境無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。電極材料對(duì)于超級(jí)電容器整體儲(chǔ)能性能的影響尤為重要,然而,贗電容電極材料由于其穩(wěn)定性差、導(dǎo)電性弱以及較小的比表面積等缺點(diǎn)阻礙了超級(jí)電容器的實(shí)際發(fā)展。因此,本文通過(guò)選用具有高導(dǎo)電性和大比表面積的泡沫鎳作為基底,通過(guò)簡(jiǎn)易的煅燒法、水熱法和電沉積法等方法在導(dǎo)電基底上制備出新型鎳基納米電極材料。該類(lèi)電極材料擁有大比表面積、高導(dǎo)電性和良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,將逐漸取代傳統(tǒng)的碳基電極。電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果表明:這類(lèi)鎳基電極材料表現(xiàn)出優(yōu)良的電化學(xué)性能,例如充電速度快、比電容量高以及循環(huán)壽命長(zhǎng)等,組裝成不對(duì)稱(chēng)超級(jí)電容器(ASC)能有效地拓寬器件的電壓區(qū)間,從而提升其能量密度。具體內(nèi)容如下:(1)針對(duì)二氧化錳納米材料自身存在的導(dǎo)電性差、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)。采用一種有效的電沉積方法引入金屬鎳納米管作為導(dǎo)電骨架,再在其表面上依次修飾MnO_2和聚3,4-乙烯二氧噻吩(PEDOT),即可制備出PEDOT@MnO_2@NiNTAs納米復(fù)合電極材料。金屬Ni納米管的引入,不僅能有效地增強(qiáng)電極材料的導(dǎo)電性,而且還能為MnO_2活性物質(zhì)提供大的比表面積。導(dǎo)電聚合物PEDOT則具有良好的導(dǎo)電性、優(yōu)良的電化學(xué)活性以及高的穩(wěn)定性。利用PEDOT修飾MnO_2@NiNTAs納米材料的表面,有效地提高電極材料的導(dǎo)電性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。將PEDOT@MnO_2@NiNTAs電極應(yīng)用在自組裝的ASC中,其工作電壓窗口高達(dá)1.7 V,并且顯示出較高的體積比能量密度與優(yōu)越的循環(huán)穩(wěn)定性。(2)利用自犧牲的泡沫鎳提供Ni源,采用簡(jiǎn)易的硫化煅燒法成功制備出一種自支撐的無(wú)定型邊緣包裹的結(jié)晶NiS電極材料。利用高導(dǎo)電性的泡沫鎳作為基底,為NiS的生長(zhǎng)提供較大的比表面積以及良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果表明:由無(wú)定型邊緣包裹的結(jié)晶NiS混合體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一種有效的設(shè)計(jì)方法,使所獲得的NiS電極擁有高導(dǎo)電性、長(zhǎng)循環(huán)壽命以及優(yōu)異的電化學(xué)活性。將NiS電極進(jìn)一步自組裝成ASC,該電容器顯示出優(yōu)越的充放電性能、較高的體積比能量密度、高效的儲(chǔ)能能力和良好的循環(huán)穩(wěn)定性。(3)利用自犧牲的泡沫鎳提供Ni源,采用簡(jiǎn)易的一步水熱法原位自生長(zhǎng)制備了NiCo_2S_4電極,展示出優(yōu)越的電容性能以及雙功能電催化性能。電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果表明:高導(dǎo)電性的泡沫鎳作為基底、活性物質(zhì)和基底材料之間無(wú)需使用粘合劑即可存在較強(qiáng)的結(jié)合能力等特性有助于提升NiCo_2S_4電極的比電容量,同時(shí)展示了優(yōu)越的HER/OER催化性能。將NiCo_2S_4電極作為正極應(yīng)用在自組裝的ASC中,該電容器具有高的體積比能量密度以及優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性�；贜iCo_2S_4電極自組裝成堿性電解水裝置,展現(xiàn)了優(yōu)良的電解水性能。
【圖文】：

要通過(guò)設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)方案制備電容量高的、低成本以及以滿足超級(jí)電容器儲(chǔ)能設(shè)備在人類(lèi)生活中的實(shí)際應(yīng)用需求容器容器概述及應(yīng)用放電、高功率密度著稱(chēng)的超級(jí)電容器作為典型環(huán)保的儲(chǔ)能一個(gè)重點(diǎn)發(fā)展方向，已被大量應(yīng)用在便攜式的電子設(shè)計(jì)以方面。圖 1-1[9]顯示了幾種典型電化學(xué)儲(chǔ)能裝置的尼奎斯出超級(jí)電容器的性能介于電池 (例如：Li-ion 和 PbO2/Pb間，是一種比電池功率密度高、比傳統(tǒng)電容器能量密度大具備充放電快速、循環(huán)壽命長(zhǎng)以及綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)儲(chǔ)能設(shè)備之一[10-12]。

如美國(guó)的 USABC、俄羅斯的 REVA 和日本的 S的應(yīng)用處于一個(gè)快速發(fā)展階段，具有高效、低成輸、移動(dòng)通訊、電子紡織品、智能電網(wǎng)、航空和，，是當(dāng)今最先進(jìn)的儲(chǔ)能設(shè)備之一。器的組成及其電極材料的分類(lèi)的三大主要組成部件分別為：電極材料、電解質(zhì)中，電極材料是其最核心關(guān)鍵部件[14-15]。因此，前的熱點(diǎn)研究?jī)?nèi)容之一。根據(jù)儲(chǔ)能機(jī)理，超級(jí)電類(lèi) (如圖 1-3)：雙電層電容材料 (例如：活性炭第贗電容材料 (例如：金屬氧化物/氫氧化物和
【學(xué)位授予單位】：廣州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：O646.54;TM53

【參考文獻(xiàn)】

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1 LU XueFeng;LI GaoRen;TONG YeXiang;;A review of negative electrode materials for electrochemical supercapacitors[J];Science China(Technological Sciences);2015年11期

本文編號(hào)：2707666