本文關(guān)鍵詞：電化學(xué)沉積制備鎳鈷基復(fù)合材料及其超級(jí)電容器性能研究

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【摘要】：超級(jí)電容器因?yàn)槌叩墓β拭芏?快速充放電能力以及良好的循環(huán)穩(wěn)定性受到了越來(lái)越多研究者的青睞。然而,相對(duì)較低的能量密度限制了超級(jí)電容器在實(shí)際中的應(yīng)用。目前,常通過(guò)選擇具有較高電容性能的活性材料或者組裝不對(duì)稱(chēng)器件擴(kuò)大工作電位等方法來(lái)提高超級(jí)電容器的能量密度。鎳鈷雙金屬化合物理論比電容普遍較高,且來(lái)源廣、成本低,具有非常好的應(yīng)用前景,然而在較大的掃描速率下的倍率性能和穩(wěn)定性較差。石墨烯由于導(dǎo)電性好,比表面積大且可多次循環(huán)使用,和金屬化合物復(fù)合后可以減弱充放電過(guò)程中體積變化或者粒子聚集,提高金屬化合物的循環(huán)穩(wěn)定性和速率性能。此外,將二者復(fù)合得到的三維多孔結(jié)構(gòu)有助于復(fù)合材料的離子傳輸速率和電子轉(zhuǎn)移速率的提高,進(jìn)一步增強(qiáng)了整體電化學(xué)性能。本文通過(guò)水熱和電沉積的方法,將鎳鈷雙金屬材料與石墨烯進(jìn)行復(fù)合,得到了三維多孔結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料,并制備了不對(duì)稱(chēng)器件,系統(tǒng)的表征和測(cè)試了其結(jié)構(gòu)、形貌和電化學(xué)性能。具體工作如下:1.以三維連續(xù)多孔泡沫鎳為集流體和導(dǎo)電基底,通過(guò)水熱法在泡沫鎳上沉積RGO,然后電沉積負(fù)載鎳鈷氧化物,制備了NCG復(fù)合電極材料。(1)通過(guò)改變電沉積時(shí)間得到了NCG30,NCG50,NCG70三種復(fù)合材料。其中,NCG50呈現(xiàn)有序花瓣?duì)疃嗫捉Y(jié)構(gòu)且電化學(xué)性能最好,在電流密度為1mA/cm2,沉積時(shí)間為50 min時(shí),比電容高達(dá)2856 mF/cm2。(2)在(1)沉積時(shí)間為50 min條件下,改變鎳鈷摩爾比例,制備了不同鎳鈷摩爾比的NCG復(fù)合材料。從SEM中可以看出,鎳鈷摩爾比的不同對(duì)NCG復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)影響較大。NCG2呈現(xiàn)三維有序多孔結(jié)構(gòu)且電化學(xué)性能最為優(yōu)異,即當(dāng)電流密度為1mA/cm2,鎳鈷摩爾比為2:8的復(fù)合電極材料比電容高達(dá)3172mF/cm2。在連續(xù)循環(huán)充放電5000次后,電容保持率仍為初始值的92%。(3)以NCG2作為正極材料,RGO作為負(fù)極材料組裝了NCG2//RGO不對(duì)稱(chēng)器件,能量密度最大可達(dá)50 Wh/kg,功率密度最大可達(dá)5.6 kW/kg。與此同時(shí),電位窗增加到了1.4V,在進(jìn)行快速的充電處理后,可以持續(xù)點(diǎn)亮LED近5min,具有潛在的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。2.直接通過(guò)兩步電沉積法在泡沫鎳上連續(xù)負(fù)載RGO和鎳鈷硫化物制備復(fù)合材料(NCS/G),結(jié)果如下:NCS/G復(fù)合材料呈現(xiàn)花瓣?duì)疃嗫捉Y(jié)構(gòu)且在電流密度為50 mA/cm2時(shí),電容值仍高達(dá)5540mF/cm2,與初始值相比,僅僅損失了19%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于NS/G(30%)和CS/G(32%)的電容損失率;此外,NCS/G的循環(huán)穩(wěn)定性較好,在5mA/cm2電流密度下連續(xù)循環(huán)充放電3000次后,比電容為5347mF/cm2,保持率為初始電容的91%。
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TB33;TM53

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