本文關(guān)鍵詞：鈷錳氧化物復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)性能研究

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【摘要】：目前錳氧化物和鈷氧化物做為超級電容器的電極材料而被廣泛地研究。錳氧化物具有較高的理論比容量,但它的電子導(dǎo)電性很差,導(dǎo)致它的實際比容量遠(yuǎn)沒有達(dá)到理論比容量;鈷氧化物同樣具有高理論比容量,并且還具備良好的電子導(dǎo)電性,然而鈷氧化物的價格要比其它廉價過渡金屬氧化物昂貴,并且在使用過程中會對環(huán)境產(chǎn)生污染,這些缺點限制了鈷氧化物的應(yīng)用。本文主要運用摻雜、取代和包覆多種方法將錳氧化物和鈷氧化物進(jìn)行復(fù)合改性,改善材料的電子導(dǎo)電性,促進(jìn)離子擴(kuò)散,降低成本,制備兼具優(yōu)良電化學(xué)性能和價格低廉特點的復(fù)合材料,并表征材料、測試性能,分析結(jié)果。采用水熱法對Mn_3O_4摻雜鈷后,它的六角形納米片直徑變小,電子導(dǎo)電性提高,擴(kuò)散阻抗減小。在鈷的摻雜比例為1.0%時,0.5 Ag~(-1)的電流密度下其放電比容量達(dá)到307.9 Fg~(-1),高于未摻雜鈷的242.5 Fg~(-1);在10 Ag~(-1)時仍有201.2 Fg~(-1),容量保持率為65.28%,并在1000次循環(huán)后基本保持不變。用低廉的錳氧化物部分取代昂貴的鈷氧化物,采用簡單的液相共沉淀法合成鈷錳二元金屬氧化物(Co_(1.5)Mn_(1.5)O_4)納米片,確定了添加氯化鈷和氯化錳的最佳摩爾比為1:1。Co_(1.5)Mn_(1.5)O_4具有的納米片結(jié)構(gòu)、高比表面積、合適的孔徑分布及良好的電子導(dǎo)電性使其表現(xiàn)出了卓越的電化學(xué)性能:在0.5 Ag~(-1)時放電比容量高達(dá)472.5 Fg~(-1),經(jīng)歷1000次充放電循環(huán)幾乎沒有衰減,10 Ag~(-1)時仍然可以保持338.5 Fg~(-1)。用導(dǎo)電性較差、結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定但比表面積大的超薄MnO2納米片包覆導(dǎo)電性良好、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的Co3O4納米線,在泡沫鎳上制備了Co_3O_4@MnO_2核殼陣列復(fù)合電極材料,其放電比容量在0.5 Ag~(-1)時高達(dá)533.9 Fg~(-1),10 Ag~(-1)時仍能保持63.9%,且經(jīng)過2000次循環(huán)后的容量保持率依然接近100%。
【關(guān)鍵詞】：錳氧化物 鈷氧化物 復(fù)合 超級電容器
【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】：2016
【分類號】：TB33;O646
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-29
• 1.1 引言11
• 1.2 超級電容器概述11-14
• 1.2.1 超級電容器分類11-12
• 1.2.2 超級電容器的儲能機(jī)理12-13
• 1.2.3 超級電容器的結(jié)構(gòu)組成13-14
• 1.3 超級電容器的電極材料14-21
• 1.3.1 碳電極材料14-16
• 1.3.2 導(dǎo)電聚合物電極材料16
• 1.3.3 過渡金屬氧化物電極材料16-19
• 1.3.4 復(fù)合電極材料19-21
• 1.4 本課題的研究目的及主要內(nèi)容21-22
• 參考文獻(xiàn)22-29
• 第2章 實驗方法29-35
• 2.1 實驗藥品和儀器29-30
• 2.2 電極材料的制備30-31
• 2.2.1 水熱法制備鈷摻雜的六角形Mn_3O_4納米片30
• 2.2.2 二元金屬氧化物Co_(1.5)Mn_(1.5)O_4的制備30-31
• 2.2.3 在泡沫鎳上生長具有核殼結(jié)構(gòu)的Co_3O_4@MnO_2陣列31
• 2.3 電極制備及超級電容器組裝31-32
• 2.3.1 電極制備31-32
• 2.3.2 超級電容器組裝32
• 2.4 材料表征32-33
• 2.4.1 X-射線衍射分析(XRD)32
• 2.4.2 場發(fā)射掃描電鏡(FE-SEM)32-33
• 2.4.3 透射電子顯微鏡分析(TEM)33
• 2.4.4 比表面積分析33
• 2.5 電化學(xué)性能測試33-35
• 2.5.1 循環(huán)伏安測試(CV)33-34
• 2.5.2 恒電流充放電測試(GC)34
• 2.5.3 電化學(xué)交流阻抗測試(EIS)34-35
• 第3章 鈷摻雜的六角形Mn_3O_4納米片的制備及其電化學(xué)性能的研究35-44
• 3.1 材料表征35-37
• 3.1.1 XRD分析35-36
• 3.1.2 SEM分析36-37
• 3.2 電化學(xué)性能測試37-42
• 3.2.1 循環(huán)伏安測試37-38
• 3.2.2 恒流充放電測試38-39
• 3.2.3 倍率性能測試39-40
• 3.2.4 交流阻抗測試40-41
• 3.2.5 循環(huán)壽命測試41-42
• 3.3 本章小結(jié)42-43
• 參考文獻(xiàn)43-44
• 第4章 二元金屬氧化物Co_(1.5)Mn_(1.5)O_4的制備及其電化學(xué)性能的研究44-56
• 4.1 鈷錳最優(yōu)反應(yīng)比例的探索44-45
• 4.1.1 不同反應(yīng)比例下循環(huán)伏安分析44-45
• 4.1.2 不同反應(yīng)比例下恒流充放電分析45
• 4.2 材料表征45-49
• 4.2.1 XRD分析45-46
• 4.2.2 SEM分析46-47
• 4.2.3 TEM分析47-48
• 4.2.4 比表面積與孔徑分布48-49
• 4.3 電化學(xué)性能測試49-53
• 4.3.1 循環(huán)伏安測試49-50
• 4.3.2 恒流充放電測試50-51
• 4.3.3 倍率性能測試51-52
• 4.3.4 循環(huán)壽命測試52-53
• 4.3.5 交流阻抗測試53
• 4.4 本章小結(jié)53-55
• 參考文獻(xiàn)55-56
• 第5章 Co_3O_4@MnO_2核殼陣列復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)性能的研究56-66
• 5.1 材料表征56-59
• 5.1.1 XRD分析56-57
• 5.1.2 SEM分析57-58
• 5.1.3 TEM分析58-59
• 5.2 電化學(xué)性能測試59-64
• 5.2.1 循環(huán)伏安測試59-60
• 5.2.2 恒流充放電測試60-61
• 5.2.3 倍率性能測試61-62
• 5.2.4 循環(huán)壽命測試62-63
• 5.2.5 交流阻抗測試63-64
• 5.3 本章小結(jié)64
• 參考文獻(xiàn)64-66
• 結(jié)論66-68
• 攻讀碩士學(xué)位期間承擔(dān)的科研任務(wù)與主要成果68-70
• 致謝70

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