纳米碳/金属氧化（氢氧化）物复合材料的制备及其储能性能研究
随着化石能源的日益枯竭及化石能源使用带来的日益严重的环境危机，我们必须加快摆脱过度依赖化石燃料的能源体系，寻求一种可持续发展的新能源体系。其中电化学储能作为新能源体系的重要组成部分被认为是可取代化石能源体系的可持续发展能源体系。超级电容器、锂离子电池作为电化学储能系统的重要组成部分近年来引起了广泛的关注。电极材料作为超级电容器、锂离子电池的重要组成部分其不断更新与发展在超级电容器、锂离子电池的发展中有举足轻重的作用。本论文设计合成了纳米碳/金属氧化物和纳米碳/金属氢氧化物复合材料，并对复合材料的储能性能进行了研究。具体研究如下: 1、研究了一种具有普适性采用表面活性剂对纳米碳材料进行表面修饰，改善其表面亲水性，然后采用共沉淀法在纳米碳材料表面原位生长水滑石纳米阵列的方法。采用该方法成功地在纳米石墨、碳纳米管表面生长得到水滑石纳米阵列得到KS-6石墨/镍铝水滑石复合材料（记做KS-6/NiAl-LDHs）及碳纳米管/镍铝水滑石复合材料(记做CNTs/NiAl-LDHs)。合成得到的纳米碳/水滑石复合材料具有优异的超级电容器性能，在1 A·g-1的电流密度下KS-6/NiAl-LDHs与CNTs/NiAl-LDHs的放电比容量分别为1402.5 F·g-1及1138.1 F·g-1。在5A·g-1电流密度下经过1000周循环后KS-6/NiAl-LDHs的放电比容量保持率为108.6％，CNTs/NiAl-LDHs放电比电容保持率为76.9％。 2、采用真空诱导辅助，通过水热法在膨胀石墨(ExpandedGraphite，EG)上原位生长镍铝水滑石纳米阵列得到膨胀石墨/镍铝水滑石复合材料（记做EG/Ni-LDHs），合成得到的复合材料的EG网状孔结构得以保存，这些孔结构的存在提供了存储电解液的空间因此得到具有优异倍率性能的复合材料。在1 A·g-1的电流密度下EG/NiAl-LDHs复合材料的的比电容为602.2 F·g-1，当电流密度达到20A·g-1时其比电容为1A·g-1时的78.5％，倍率性能十分优异，这主要得益于EG的网络孔结构对电解液的存储作用。在20 A·g-1电流密度下EG/NiAl-LDHs复合物经过5000周的循环后其比电容保存率达到99.8％，其循环性能优越。 3、分别以二元、三元粉体LDHs及其生长在基底上得到的LDHs阵列为催化剂前驱体催化廉价的复杂碳源生长得到了CNTs，合成得到的CNTs直径约为40 nm。对LDHs前驱体催化复杂碳源生长CNTs得到的复合材料进行锂离子电池性能研究显示材料具有优异的储理性能。粉体NiMgAl-LDHs催化沉积CNTs复合物首周放电比容量为254.5 mAh·g-1，可逆放电比容量为108.7mAh·g-1。经过200周循环后其放电比容量达到109.2mAh·g-1。采用CF/NiCo-LDHs作为催化剂前驱体催化生长CNTs得到的复合材料首周放电比容量为828mAh·g-1，可逆放电比容量达到800 mA·g-1左右，大幅提高了复合材料的放电比容量。
超级电容器;表面活性剂;碳纳米管;金属氧化物;复合材料;储能性能;水热法
北京化工大学
硕士
化学
杨文胜
2015
中文
TM53;TB383;TB332
90
2015-12-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）