结构化过渡金属基复合材料的制备及其超电容性能研究
本文针对超级电容器能量密度低的问题，对过渡金属氧化物及其氢氧化物复合材料进行结构化设计与制备，构筑出具有不同微观形貌的高能量密度超电容电极材料。通过有序纳米结构设计，一方面通过增加电极材料的比表面积，提升电化学活性组分的负载量，另一方面，通过缩短电解质离子扩散途径，提升电解质离子与电子的传输效率，从而获得理想的超电容性能。 主要研究内容如下: (1)利用化学氧化与电化学合成法，制各出镍钴复合氢氧化物/氢氧化铜/泡沫铜中空管状结构。通过SEM，TEM，HRTEM，XPS等结构表征手段，对该中空管状结构进行微观形貌表征，采用电化学工作站对电极材料的超电容性能进行测试。测试结果表明，该电极材料具有良好的超电容性能(5mA cm-2，849.6C g-1，2095F g-1)。同时，尝试将该方法进行放大实验，结果显示，放大过程对材料的电化学性能影响不大，说明该方法具有实际应用前景。 (2)采用水热合成与原位氧化法，制备出CoOOH超薄纳米片阵列结构。通过SEM，TEM，HRTEM，XPS，AFM等结构表征手段，对该超薄纳米片阵列进行结构表征。结果显示，该CoOOH超薄纳米片的平均厚度低于3nm。正是由于纳米片的超薄结构，使电化学活性位点充分暴露，赋予了材料良好的超电容性能(1.25Ag-1，2550F g-1)。同时，以该电极材料为正极，RGO为负极，组成不对称全电容。在435W Kg-1功率密度条件下，其能量密度可以达到49.8Wh Kg-1。 (3)能量密度低，是制约超电容的主要问题。尽可能提高超电容的能量密度，对超电容实现在实际生产生活中的应用具有重要的意义。如何提高超电容的能量密度，最为核心的问题就是寻求一种合适的负极材料，使得电极材料比电容值可以实现正负极匹配。同时，通过前一个体系，发现中空管状结构对电极材料的影响较大。因此，采用类似方法（电化学合成或水热合成）制备出中空管状Fe3O4@C/CuO/CF，作为负极材料，进行电化学性能测试（镍钴复合氢氧化物/氢氧化铜/泡沫铜材料为正极）。该新型储能器表现出良好的电化学性能:在184W Kg-1功率密度条件下，其能量密度达到94.8WhKg-1。
超级电容器;过渡金属;复合非金属材料;制备工艺;超电容性能
北京化工大学
硕士
化学工程
雷晓东;王祖进
2017
中文
TM53;TM242
90
2017-08-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）