本文關(guān)鍵詞：三維納米多孔結(jié)構(gòu)金屬基復(fù)合膜電極的制備與贗電容性能

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【摘要】：超級電容器作為一種新型的能量存儲裝置,因其具有功率密度高、循環(huán)性能好及充放電效率高等優(yōu)點,近年來已成為能量存儲與轉(zhuǎn)化領(lǐng)域的研究熱點之一。電極材料是影響超級電容器性能的關(guān)鍵因素。鈷、鎳等過渡金屬氧化物因其理論比容量高、價格低廉、環(huán)境友好、易制備而受到廣泛關(guān)注。本論文通過對超級電容器電極進(jìn)行三維結(jié)構(gòu)納米化的設(shè)計,利用模板-電沉積技術(shù)結(jié)合在空氣中熱處理的方法分別制備了三維納米多孔Co/Co O和Co-Ni/Co O-Ni O薄膜電極,采用相應(yīng)的分析測試手段對所制備材料的形貌結(jié)構(gòu)、成分等進(jìn)行了表征,對膜電極材料進(jìn)行了循環(huán)伏安、恒流充放電及交流阻抗等電化學(xué)性能測試。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:(1)所制備的三維納米多孔Co/Co O膜電極:在電流密度為4 m A/cm2下,比容量為0.26 F/cm2(572.8 F/g),常溫下循環(huán)充放電60 000次容量保持率幾乎為100%,三維納米鈷/鈷氧化物膜電極表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。(2)以具有一定鈷、鎳比例的水溶液作為沉積液制備了三維納米多孔Co-Ni/Co O-Ni O復(fù)合膜電極。當(dāng)鈷與鎳的摩爾比為3:7,在10 m A/cm2的電流密度下,復(fù)合氧化物膜電極的比容量高達(dá)2.35 F/cm2,能量密度和功率密度分別為12.7 Wh/L和450 W/L,經(jīng)過5 000次循環(huán)充放電后比容量保持率高達(dá)89.7%,三維納米Co-Ni/Co O-Ni O復(fù)合膜電極表現(xiàn)出優(yōu)異的電容性能、大電流放電能力和良好的循環(huán)穩(wěn)定性,證明了其在超級電容器中極具應(yīng)用潛力。(3)制備了具有不同孔結(jié)構(gòu)的Co-Ni/Co O-Ni O復(fù)合膜電極,與三維納米介孔結(jié)構(gòu)復(fù)合膜電極相比,三維納米大孔/介孔多級孔結(jié)構(gòu)的Co-Ni/Co O-Ni O復(fù)合膜電極充分活化后,復(fù)合膜電極面積比容量高達(dá)9.8 F/cm2,其相應(yīng)的體積比容量和質(zhì)量比容量分別高達(dá)1960 F/cm3和817 F/g。此外,該復(fù)合膜電極表現(xiàn)出卓越的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。所有這些結(jié)果說明該電極在能量儲存方面是非常有前途的。
【關(guān)鍵詞】：超級電容器 三維納米多孔結(jié)構(gòu) 模板-電沉積法 Co/CoO薄膜 Co-Ni/CoO-NiO復(fù)合膜 贗電容性能
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM53
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-20
• 1.1 引言10
• 1.2 超級電容器概述10-17
• 1.2.1 超級電容器的工作原理10-12
• 1.2.2 超級電容器的特點與應(yīng)用12-14
• 1.2.3 超級電容器電極材料14-17
• 1.3 納米多孔金屬薄膜17-19
• 1.3.1 納米多孔薄膜的制備方法17-18
• 1.3.2 納米多孔金屬薄膜在超級電容器中的應(yīng)用18-19
• 1.4 本論文的研究內(nèi)容與意義19-20
• 第2章 實驗方法與表征20-26
• 2.1 化學(xué)試劑及儀器20-21
• 2.1.1 化學(xué)試劑20
• 2.1.2 儀器設(shè)備20-21
• 2.2 薄膜電極的制備21-23
• 2.2.1 納米多孔二氧化硅模板的制備21
• 2.2.2 納米多孔氧化硅模板的預(yù)處理21
• 2.2.3 納米多孔金屬薄膜的制備21-22
• 2.2.4 納米多孔金屬的氧化22-23
• 2.3 性能和結(jié)構(gòu)表征23
• 2.3.1 壓汞測試23
• 2.3.2 X射線衍射分析23
• 2.3.3 掃描電子顯微鏡觀察23
• 2.3.4 X射線光電子能譜分析23
• 2.3.5 透射電子顯微鏡觀察23
• 2.4 電極的電化學(xué)性能測試23-26
• 2.4.1 電化學(xué)性能測試方法23-24
• 2.4.2 循環(huán)伏安測試24
• 2.4.3 恒流充放電測試24-25
• 2.4.4 循環(huán)穩(wěn)定性測試25
• 2.4.5 交流阻抗測試25
• 2.4.6 電極的性能測試條件25-26
• 第3章 三維納米多孔Co/CoO薄膜電極的制備與贗電容性能研究26-38
• 3.1 電極的制備26-27
• 3.2 多孔二氧化硅模板的形貌與結(jié)構(gòu)分析27-29
• 3.3 三維納米多孔Co/CoO膜電極的形貌與結(jié)構(gòu)分析29-32
• 3.4 三維納米多孔Co/CoO膜電極的贗電容性能分析32-37
• 3.5 本章小結(jié)37-38
• 第4章 三維納米多孔鈷鎳雙金屬基復(fù)合膜電極的制備與贗電容性能研究38-57
• 4.1 復(fù)合膜電極的制備與測試38
• 4.2 不同孔分布的二氧化硅模板形貌與壓汞測試分析38-40
• 4.3 鈷/鎳比例對復(fù)合膜電極電容性能的影響40-46
• 4.3.1 薄膜電極的斷面形貌與結(jié)構(gòu)表征40-42
• 4.3.2 循環(huán)伏安行為42-43
• 4.3.3 倍率性能分析43-45
• 4.3.4 循環(huán)穩(wěn)定性分析45-46
• 4.3.5 電化學(xué)阻抗分析46
• 4.4 孔結(jié)構(gòu)對電極贗電容性能的影響46-56
• 4.4.1 多孔復(fù)合膜電極的形貌與結(jié)構(gòu)分析46-50
• 4.4.2 循環(huán)伏安行為50-51
• 4.4.3 比容量與放電電流密度的關(guān)系51-53
• 4.4.4 能量密度和功率密度隨電流密度的變化曲線53
• 4.4.5 充放電循環(huán)穩(wěn)定性53-54
• 4.4.6 交流阻抗行為54-55
• 4.4.7 電極材料循環(huán)后的形貌分析55-56
• 4.5 本章小結(jié)56-57
• 結(jié)論57-58
• 參考文獻(xiàn)58-65
• 攻讀碩士學(xué)位期間的研究成果65-66
• 致謝66-67
• 作者簡介67

【引證文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 張慧;李莎;劉暢;李朗;萬厚釗;王浩;;Ni-Co雙金屬氧化物納米結(jié)構(gòu)制備及其在超級電容器中的應(yīng)用[J];廣州化工;2017年15期

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本文編號：990698