發(fā)布時間：2018-11-02 10:29

【摘要】：下一代光電設備的發(fā)展,例如可卷曲顯示屏、智能電子、記憶芯片和可穿戴設備,驅動了便攜柔性的能量儲存器件的技術研究。其中鋰離子電池因具有高能量密度和大的輸出電壓,吸引了大量研究者的興趣。而超級電容器,因具有高功率密度和超長使用壽命,也成為儲能設備的另一個研究熱點。鐵(氫)氧化物資源豐富、成本低廉且對環(huán)境無害,而且理論容量高,在儲能方面的應用具有良好前景。但是由于動力學的限制其導電性很差,并且在長時間充放電時材料體積膨脹導致穩(wěn)定性差,所以鐵氧基電極材料還不能滿足實際需求。為了解決導電性和穩(wěn)定性問題,我們在三維導電骨架上生長納米材料,構建納米三維整體式結構。首先分散性良好的納米材料能夠最大程度發(fā)揮其理論容量,其次,三維導電骨架能夠提高其電子導電性和與電解液的滲透性,所以三維整體式結構有望改善鐵(氫)氧化物的電化學性能。本論文主要展開了以下幾個方面的工作：(1)通過水熱法,以氯化鐵為鐵源,通過調控反應物的用量,在碳纖維布上直接生成出自組裝的束狀β-FeOOH納米棒陣列(β-FeOOH/CC納米棒陣列)。首先在富Cr的情況下有利于β-FeOOH納米棒的生成,其次NO3-離子的加入促使β-FeOOH納米棒分裂成束狀,最終形成束狀納米棒的特殊形貌。這種形貌不僅增加了材料的比表面積而且可以緩解充放電循環(huán)體積碰撞造成的應力。另外,在保持反應物濃度比例不變的情況下,通過增大反應物的用量和調整碳布大小,可以實現(xiàn)擴大化制備,同時保持產物微形貌不變。(2)由于β-FeOOH晶體結構本身屬于體心立方密堆積,比其它鐵氫氧化物較為疏松,而且β-FeOOH/CC納米棒陣列具有大比表面和多孔結構,當應用于鋰離子負極材料時,β-FeOOH/CC電極顯示了非常高的比容量,約2840 mA g-1 (2.21 mAhcm-2)。由于碳纖維布基底的高導電性,使得整體電極的倍率性能表現(xiàn)不俗,在10個倍率下(10 Ag-1),比電容仍然有568 mA g-1 (0.43 mAh cm-2),而且相比β-FeOOH粉末電極,P-FeOOH/CC整體電極的循環(huán)穩(wěn)定性也得到提升。(3)上述制備方法只能得到FeOOH,如果要得到Fe2O3,必須經過后續(xù)煅燒。我們發(fā)現(xiàn),通過進入MnOOH前驅體,可以在沒有表面活性劑或催化劑的情況下,在碳布上一步合成Fe203超細納米粒子。值得注意的是,MnOOH可以被Fe3’離子水解的產生的H’所溶解,而不會被最后的產物的成分產生影響。這里,MnOOH主要起到兩個作用,一是在前期反應階段,阻止FeOOH在碳纖維表面的生長,起到保護作用；二是在后期反應階段,能被H+溶解,同時使得碳纖維表面原位酸性降低,促進剩余的Fe3’原位快速成核,一步生成Fe203,而且此時Fe3+濃度非常小,趨向于生成納米小顆粒。最終在碳纖維表面得到致密且有序排列的粒徑約為5 nm的Fe203納米粒子。(4) Fe2O3/CC整體式材料具有非常大的比表面積319m2 g-1,而且具有微孔和介孔的分級孔洞結構。當直接用作超級電容器電極時,同時表面出電化學雙層電容特性和氧化還原的贗電容特性,因而最大比電容可以達到1.66 F cm-2,而且在大電流充放電循環(huán)5000圈后,電容保留率仍然有88.6%。當組裝成柔性固態(tài)對稱電容器時,顯示出非常突出的能量密度8.74mWh cm-3。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：廣東工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O646.54

【參考文獻】

相關期刊論文 前1條

1 馮遠冰;魏玉年;陶平江;李方華;;電子顯微鏡觀察針形α-FeOOH的相變[J];電子顯微學報;1983年01期

相關碩士學位論文 前1條

1 王廷強;鋰離子電池負極材料鐵氧化物的制備及復合化改性研究[D];浙江大學;2014年

，

本文編號：2305760