本文關(guān)鍵詞：電化學沉積制備鎳鈷基復合材料及其超級電容器性能研究

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【摘要】：超級電容器因為超高的功率密度,快速充放電能力以及良好的循環(huán)穩(wěn)定性受到了越來越多研究者的青睞。然而,相對較低的能量密度限制了超級電容器在實際中的應(yīng)用。目前,常通過選擇具有較高電容性能的活性材料或者組裝不對稱器件擴大工作電位等方法來提高超級電容器的能量密度。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。石墨烯由于導電性好,比表面積大且可多次循環(huán)使用,和金屬化合物復合后可以減弱充放電過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,將二者復合得到的三維多孔結(jié)構(gòu)有助于復合材料的離子傳輸速率和電子轉(zhuǎn)移速率的提高,進一步增強了整體電化學性能。本文通過水熱和電沉積的方法,將鎳鈷雙金屬材料與石墨烯進行復合,得到了三維多孔結(jié)構(gòu)的復合材料,并制備了不對稱器件,系統(tǒng)的表征和測試了其結(jié)構(gòu)、形貌和電化學性能。具體工作如下:1.以三維連續(xù)多孔泡沫鎳為集流體和導電基底,通過水熱法在泡沫鎳上沉積RGO,然后電沉積負載鎳鈷氧化物,制備了NCG復合電極材料。(1)通過改變電沉積時間得到了NCG30,NCG50,NCG70三種復合材料。其中,NCG50呈現(xiàn)有序花瓣狀多孔結(jié)構(gòu)且電化學性能最好,在電流密度為1mA/cm2,沉積時間為50 min時,比電容高達2856 mF/cm2。(2)在(1)沉積時間為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復合材料。從SEM中可以看出,鎳鈷摩爾比的不同對NCG復合材料的結(jié)構(gòu)影響較大。NCG2呈現(xiàn)三維有序多孔結(jié)構(gòu)且電化學性能最為優(yōu)異,即當電流密度為1mA/cm2,鎳鈷摩爾比為2:8的復合電極材料比電容高達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作為負極材料組裝了NCG2//RGO不對稱器件,能量密度最大可達50 Wh/kg,功率密度最大可達5.6 kW/kg。與此同時,電位窗增加到了1.4V,在進行快速的充電處理后,可以持續(xù)點亮LED近5min,具有潛在的實際應(yīng)用價值。2.直接通過兩步電沉積法在泡沫鎳上連續(xù)負載RGO和鎳鈷硫化物制備復合材料(NCS/G),結(jié)果如下:NCS/G復合材料呈現(xiàn)花瓣狀多孔結(jié)構(gòu)且在電流密度為50 mA/cm2時,電容值仍高達5540mF/cm2,與初始值相比,僅僅損失了19%,遠遠低于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%。
【學位授予單位】：鄭州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TB33;TM53

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