本文關(guān)鍵詞：三維金屬集流體的構(gòu)建及其復(fù)合氧化物超級(jí)電容器電極材料的研究

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【摘要】：隨著人類社會(huì)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步,及化石能源的枯竭和其對(duì)環(huán)境的污染等問題的存在,使得對(duì)新能源及新儲(chǔ)能設(shè)備的研究受到人們的關(guān)注。在這樣的環(huán)境下,超級(jí)電容器以其環(huán)保、高功率密度、壽命長和快充放電速率等優(yōu)點(diǎn)成為研究的主流。金屬氧化物正以其資源豐富、價(jià)格低廉、環(huán)境友好、比容量高等優(yōu)點(diǎn)逐步取代碳基電極材料。然而,金屬氧化物材料的低導(dǎo)電率和循環(huán)壽命短是其不足,這些缺陷影響了其作為電極的性能。因此,我們?cè)O(shè)計(jì)了一種新型的納米鎳管陣列作為電極材料的集電極,與氧化物材料進(jìn)行復(fù)合。用以提升超級(jí)電容器電極材料的性能。在本論文中,我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)簡單的模板法合成了三維鎳納米管陣列,通過金層的引入優(yōu)化了鎳集電極的制備環(huán)境,使得我們合成的鎳集電極呈現(xiàn)出了精妙且穩(wěn)定的納米管陣列結(jié)構(gòu)。以這種納米鎳管為集電極,我們進(jìn)一步使用簡單的電沉積方法在其表面復(fù)合了氧化鐵納米針和氧化錳納米片,分別作為超級(jí)電容器的負(fù)極和正極材料。兩種材料都表現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學(xué)性能。其中,氧化鐵@鎳負(fù)極的比容量高達(dá)418.7Fg-1。氧化錳@鎳正極材料比容量達(dá)到440.7F g-1。正是我們?cè)O(shè)計(jì)的這種精妙的核/分支混合納米結(jié)構(gòu),使得我們的電極材料在正負(fù)極兩端都表現(xiàn)出了高比容量、低電阻率、倍率性能良好和循環(huán)穩(wěn)定性優(yōu)異等諸多特點(diǎn)。這種納米金屬導(dǎo)電集流體與納米氧化物復(fù)合的精巧設(shè)計(jì),為提高超級(jí)電容器電極材料性能提供了一個(gè)新的思路。為了探究我們所制備電極材料的應(yīng)用前景,我們使用氧化鐵@鎳納米管陣列材料作為負(fù)極,以氧化錳@鎳納米管材料作為正極,1摩爾每升的硫酸鈉溶液作為電解液,匹配了電位窗口 1.6V的水系非對(duì)稱電容器;以PVA/硫酸鈉凝膠電解質(zhì)粘接正負(fù)極組裝了固態(tài)非對(duì)稱電容器。兩個(gè)體系的非對(duì)稱電容器都有高的功率密度和能量密度,水系非對(duì)稱電容器體系,在3197.7Wkg-1的功率密度下可以得到高達(dá)34.1Wh kg-1的能量密度。甚至在50981.4Wkg-1的功率密度下依然有22.8Whkg-1的能量密度。固態(tài)非對(duì)稱電容器,在3199.5Wkg-1的功率密度下也有32.2Whkg-1的能量密度。我們?cè)O(shè)計(jì)的這種新穎的電極材料在高性能能量儲(chǔ)存裝置系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用具有廣大的前景。
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TB33;TM53

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本文編號(hào)：1287239