【摘要】：下一代光電設(shè)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(shè)備,驅(qū)動(dòng)了便攜柔性的能量?jī)?chǔ)存器件的技術(shù)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(jí)電容器,因具有高功率密度和超長(zhǎng)使用壽命,也成為儲(chǔ)能設(shè)備的另一個(gè)研究熱點(diǎn)。鐵(氫)氧化物資源豐富、成本低廉且對(duì)環(huán)境無(wú)害,而且理論容量高,在儲(chǔ)能方面的應(yīng)用具有良好前景。但是由于動(dòng)力學(xué)的限制其導(dǎo)電性很差,并且在長(zhǎng)時(shí)間充放電時(shí)材料體積膨脹導(dǎo)致穩(wěn)定性差,所以鐵氧基電極材料還不能滿足實(shí)際需求。為了解決導(dǎo)電性和穩(wěn)定性問(wèn)題,我們?cè)谌S導(dǎo)電骨架上生長(zhǎng)納米材料,構(gòu)建納米三維整體式結(jié)構(gòu)。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(dǎo)電骨架能夠提高其電子導(dǎo)電性和與電解液的滲透性,所以三維整體式結(jié)構(gòu)有望改善鐵(氫)氧化物的電化學(xué)性能。本論文主要展開(kāi)了以下幾個(gè)方面的工作：(1)通過(guò)水熱法,以氯化鐵為鐵源,通過(guò)調(diào)控反應(yīng)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(yīng)力。另外,在保持反應(yīng)物濃度比例不變的情況下,通過(guò)增大反應(yīng)物的用量和調(diào)整碳布大小,可以實(shí)現(xiàn)擴(kuò)大化制備,同時(shí)保持產(chǎn)物微形貌不變。(2)由于β-FeOOH晶體結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu),當(dāng)應(yīng)用于鋰離子負(fù)極材料時(shí),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(dǎo)電性,使得整體電極的倍率性能表現(xiàn)不俗,在10個(gè)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(jīng)過(guò)后續(xù)煅燒。我們發(fā)現(xiàn),通過(guò)進(jìn)入MnOOH前驅(qū)體,可以在沒(méi)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(xì)納米粒子。值得注意的是,MnOOH可以被Fe3’離子水解的產(chǎn)生的H’所溶解,而不會(huì)被最后的產(chǎn)物的成分產(chǎn)生影響。這里,MnOOH主要起到兩個(gè)作用,一是在前期反應(yīng)階段,阻止FeOOH在碳纖維表面的生長(zhǎng),起到保護(hù)作用；二是在后期反應(yīng)階段,能被H+溶解,同時(shí)使得碳纖維表面原位酸性降低,促進(jìn)剩余的Fe3’原位快速成核,一步生成Fe203,而且此時(shí)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(jí)孔洞結(jié)構(gòu)。當(dāng)直接用作超級(jí)電容器電極時(shí),同時(shí)表面出電化學(xué)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(dá)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(dāng)組裝成柔性固態(tài)對(duì)稱電容器時(shí),顯示出非常突出的能量密度8.74mWh cm-3。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O646.54

【參考文獻(xiàn)】

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1 馮遠(yuǎn)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(xué)報(bào);1983年01期

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

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本文編號(hào)：2305760