石墨烯负载镍盐类电极材料的制备及其超电性能

发布时间：2017-12-19 08:24

  本文关键词：石墨烯负载镍盐类电极材料的制备及其超电性能

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【摘要】：超级电容器,是一种新型储能器件,它具有传统储能装置(传统电容器和传统电池)所不具备的优秀性能,例如充放电速度快、使用寿命长和较高的功率密度等,因此被广泛研究并在微电子器件、大型设备的电源、小型电动汽车电源等领域有巨大应用潜力。超级电容器又称电化学超级电容器,主要由电极、电解液和隔膜三大部分组成,电极材料是其中关键部分,过渡金属作为超级电容器的电极材料具有成本低廉,环境友好,储量丰富等优点,石墨烯以它优良的导电性、较大的比表面积等优点近年来受到广泛关注,将石墨烯与金属氧化物复合可以综合提高电极的电化学性能。本文主要研究过渡金属氧化物/氢氧化物与石墨烯的复合材料的制备及其电化学性能,主要内容如下:1.以氯化镍和钼酸钠为原料,乙二醇和去离子水为混合溶剂,利用微波辅助回流法制备NiMoO4纳米棒。实验中通过调控反应时间得到不同结构的NiMoO4,利用XRD、SEM、TEM以及电化学测试系统进行了表征,其中反应时长为25分钟形成的NiMoO4具有细长且分散的结构,在1 A/g时比电容可达830 F/g,同时具有较优的倍率性能和循环性能。分析表明钼酸镍电极材料表现出优良的电容性能,优化调控结构后的材料其电化学性能也得到提高。2.采用改进的Hummers方法制备氧化石墨烯,并以氧化石墨烯为前驱体,氯化镍为镍源,钼酸钠为钼源,尿素为沉淀剂,在乙二醇与去离子水的混合溶剂中,通过微波溶剂热法合成NiMoO4-rGO复合材料。在加热回流的过程中氧化石墨烯被还原,钼酸镍均匀生长在还原态石墨烯片层上形成复合材料。电化学测试表明复合材料具有较高的比容量,在电流密度为1 A/g时比电容可达1274 F/g,同时复合材料也具有优良的循环性能,在循环充放电1000圈后仍然能够保持81%的初始比容量。结合形貌结构的测试表征,经分析认为介孔的钼酸镍纳米棒经与石墨烯复合后比表面积增大,导电能力有所增强进而使得复合材料的综合电化学性能得到改善提高。3.以NiMoO4-rGO为正极材料,氮掺杂的石墨烯(NG)为负极材料组装成非对称电容超级电容器,通过循环伏安法,恒电流充放电测试及交流阻抗对其进行电化学测试,结果表明该非对称电容器在能量密度为30.3 Wh/kg时功率密度可达187 W/kg。将此电极材料组装成扣式电容器,串联两个扣式电容器并充满电可将电压为1.5 V的小灯泡点亮。4.以乙酸钴、乙酸镍和石墨烯为原料,尿素为沉淀剂制备了三维蜂窝状纳米结构的复合材料。电化学测试表明Ni(OH)2/Co(OH)2-rGO在电流密度为1 A/g时比电容可达1566 F/g,20 A/g时仍然能够保持900 F/g,具有较优的循环性能。结合XRD、TEM、等测试,经分析认为石墨烯为片层氢氧化钴和氢氧化镍提供了导电性良好的基底,支撑出疏松多孔的三维立体结构,有利于电极表面电解液浸润和电子传输从而增强了复合材料的电化学性能。
【学位授予单位】：新疆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM53;TB33

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本文编号：1307542