二元氧化物/碳复合材料的制备及电化学性能研究
伴随着全球经济的快速发展，能源和环境污染等问题越来越突出，人们对于清洁，高效，可持续能源的需要显得极为迫切。能量储存装置是高效使用新能源的重要部分，超级电容器有高的功率密度，长的循环寿命以及良好的安全性能，是目前研究的热点。本论文以此为基点，将高比容量的过渡金属双氢氧化物与高导电性的碳材料复合，构建结构稳定，比表面积较大的复合电极材料，结合双电层电容和氧化还原电容两种储能机理，可大幅提高材料的电化学性能，具有很好的发展前景。具体工作如下: 1、采用共沉淀法制备一系列十二烷基磺酸钠和甲基丙酸甲酯共插层的锰铁水滑石，通过一定温度焙烧后，生成锰铁金属氧化物和碳的复合材料。首先考察了不同MnFe摩尔比和焙烧温度对其结构和性能的影响，MnFe摩尔比为3，焙烧温度为500℃时，具有稳定的结构和电化学循环性能。接着考察了插层量对结构和性能的影响规律，随着插层有机物量的增加，焙烧后碳含量升高，其中经过焙烧生成的碳材料具有一定程度的石墨化，导电性好，金属氧化物和碳材料在纳米尺寸的复合，有利于协同储能，有较高的比容量和循环性能。在一定范围内随着碳含量增大，复合材料的容量和循环稳定性提高，当碳含量过高时，双电层储能占主导作用，比容量有所降低，其中碳含量为13.32％时，MnFe摩尔比为3的复合材料电化学性能最优，在1M的KOH电解液中，电流密度为1 A·g-1时，容量为330 F·g-1，循环1000周后，容量保持率达80％。 2、采用水热法将镍铁水滑石和不同结构的碳材料（碳球，碳纳米管，石墨烯）复合，考察其形貌与电化学性能，碳材料均匀分散于水滑石片层与颗粒之间，一方面增强了导电性，抑制了水滑石片与片的堆叠和颗粒团聚，同时增大了与电解液的接触面积，另一方面，提供一部分双电层电容，有利于复合材料比容量提高，同时循环性能增强。在电解液为6 M KOH溶液中，电流密度为1 A·g-1时，碳球、碳纳米管、石墨烯和水滑石复合后材料的比容量分别为840 F·g-1，660 F·g-1，763 F·g-1，循环1000周后，容量保持率分别为90％，82％，86％，碳材料良好的电子电导率有利于电子的传递，提高了复合材料的导电性，同时复合材料的容量有较大的提升。其中经过焙烧后的碳球嵌在水滑石片层之间，更有效的抑制了水滑石片层的堆叠，材料比表面积较大，导致其有优异的比容量和循环稳定性。
超级电容器;二元氧化物;碳复合材料;制备工艺;电化学性能
北京化工大学
硕士
化学
路艳罗
2015
中文
TM532
91
2015-12-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）