本文關(guān)鍵詞：氫氧化鎳納米結(jié)構(gòu)的制備、優(yōu)化及其電化學性能的研究

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【摘要】：隨著科技技術(shù)的飛速發(fā)展,人們對能源的需求越來越大,然而日益嚴峻的環(huán)境現(xiàn)狀不允許人們過度使用化石燃料。此外,即將消耗殆盡的化石燃料卻不足以滿足人類對能源的需求。人類迫切地需要尋求新的高效可再生清潔能源,如太陽能、風能等。然而這些能源的分散性、間歇性要求更高效、穩(wěn)定的能源存儲設備。電化學超級電容器就是在這種背景下發(fā)展起來的一種新型綠色高效儲能設備。電化學超級電容器又被稱為超級電容器,綜合了二次電池和傳統(tǒng)靜電式電容器的優(yōu)點,同時具有壽命長、比電容高、可快速充放電、環(huán)境友好等優(yōu)點,在人類生活、航天、國防的各個領(lǐng)域有著廣闊的應用前景。本論文研究了基于納米結(jié)構(gòu)的氫氧化鎳作為電化學超級電容器電極的電化學性能并對其進行了二氧化錳材料的復合優(yōu)化,并研究了復合材料電極用作柔性超級電容器電極時的電化學性能,主要內(nèi)容如下:(1)使用簡單的水熱法在片狀納米結(jié)構(gòu)的氫氧化鎳/泡沫鎳電極材料,并采用了XRD、SEM等表征手段對電極材料進行了物相、形貌進行了表征,結(jié)果顯示氫氧化鎳把泡沫鎳表面完全覆蓋。選用濃度為3 M的氫氧化鉀為電解液對電極材料進行電化學性能表征,如循環(huán)伏安測試,恒流充放電測試,交流阻抗測試等。在排除泡沫鎳基底對電極材料電化學性能的貢獻之后,恒流充放電測試結(jié)果表明,該電極材料在電流密度為2 mA/cm2時面積比電容達到了2.5 F/cm2。1000次恒流充放電循環(huán)后,這種電極材料的面積比電容仍保持了92.5%,表現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性。這種集流體上直接合成電極活性材料的合成方法簡化了超級電容器的電極制備步驟,減少了電極壓制過程中導電劑、粘結(jié)劑等添加成分對電極活性材料電化學性能的影響。(2)對上述電極材料進行復合優(yōu)化,用水熱分解高錳酸鉀在電極材料上復合了二氧化錳。并對電極材料進行了XRD、SEM、EDS等表征,確定了電極材料的成份及形貌。隨后研究了該電極材料的電化學性能,與優(yōu)化前相比,復合材料的面積比電容增加了4倍多,達到了9.56 F/cm2(電流密度為5 mA/cm2),循環(huán)穩(wěn)定性也顯著提高,大電流(20 mA/cm2)恒流充放循環(huán)2000次后復合材料電極的面積比容量仍保持了92.3%左右。(3)將上述復合材料電極用作電極,自制PVA-KOH膠體為電解質(zhì)封裝了柔性固態(tài)超級電容器,并研究了復合材料作為固態(tài)器件電極的電化學性能,在恒流充放電測試時,固態(tài)器件電極的面積比電容量可達241 mF/cm2(電流密度為1 mA/cm2)。該電極在恒流充放電循環(huán)測試5000次后(電流密度為2 mA/cm2),電容保存率為98%左右,循環(huán)性能良好。為了順應電子產(chǎn)品智能化、微型化、柔性化、可穿戴化的發(fā)展趨勢,我們還研究了固態(tài)器件的機械穩(wěn)定性,對器件進行不同程度的彎曲,發(fā)現(xiàn)器件的電化學性能變化幾乎不變,說明我們的柔性固態(tài)器件在極限條件下的性能穩(wěn)定性。
【關(guān)鍵詞】：超級電容器 水熱法 氫氧化鎳 二氧化錳 柔性全固態(tài)超級電容器
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM53
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 1 緒論10-32
• 1.1 引言10-11
• 1.2 超級電容器概述11-15
• 1.3 超級電容器的分類及其儲能機理15-20
• 1.4 超級電容器電極材料概述20-30
• 1.5 本文選題背景、意義及主要內(nèi)容30-32
• 2 實驗方法及原理32-40
• 2.1 引言32
• 2.2 實驗試劑、原材料及儀器設備32-33
• 2.3 電極材料的物相結(jié)構(gòu)分析、表征方法33-34
• 2.4 電極材料的電化學性能表征方法34-40
• 3 氫氧化鎳/泡沫鎳電極的制備及其電化學性能的研究40-48
• 3.1 引言40
• 3.2 氫氧化鎳/泡沫鎳電極材料的合成方法40-41
• 3.3 氫氧化鎳電極材料的表征及電化學性能41-46
• 3.4 本章小結(jié)46-48
• 4 氫氧化鎳/泡沫鎳電極的優(yōu)化及其電化學性能的研究48-54
• 4.1 引言48
• 4.2 氫氧化鎳電極材料的優(yōu)化48-49
• 4.3 復合電極材料的表征及電化學性能49-53
• 4.4 本章小結(jié)53-54
• 5 固態(tài)超級電容器的制備其電化學性能的研究54-60
• 5.1 引言54
• 5.2 柔性全固態(tài)器件的制備方法54-55
• 5.3 柔性全固態(tài)器件的電化學性能55-58
• 5.4 本章小結(jié)58-60
• 6 總結(jié)與展望60-62
• 6.1 工作總結(jié)60-61
• 6.2 問題與展望61-62
• 致謝62-63
• 參考文獻63-71
• 附錄I 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文目錄71

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