纳米多孔双金属氧化物的构建及超电容性能研究

发布时间：2018-02-16 19:42

  本文关键词： 钴酸锌 双金属氧化物 多孔纳米材料 超级电容器 电化学性能　出处：《江苏师范大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：超级电容器具有功率密度高、循环寿命长、绿色环保等优点,是大型能量储存系统及电动汽车动力系统的理想候选。但是,其能量密度较低,难以满足实际需求。作为储能器件的重要组成部分,电极材料的电化学性能是决定其储能特性的主要因素。因此,研发具有高比容量、高倍率性能、长循环寿命的电极材料,是实现高性能超级电容器的关键。具有尖晶石结构的AB2O4型双金属氧化物是基于法拉第赝电容原理储能的电极材料,具有较高的理论比容量。但是氧化还原反应只能在材料表面或近表面进行,活性物质的利用率低,导致其实际比容量低;而且双金属氧化物的导电性差,导致其倍率性能低,难以实际应用。本论文主要以电化学反应活性较高的ZnCo_2O_4、NiCo_2O_4为研究对象,通过构筑纳米多孔结构提高其比表面积,增加其电化学反应活性位点和电子/离子传导能力,进而提高其电化学性能。研究内容包括以下几部分:(1)多孔ZnCo_2O_4、NiCo_2O_4纳米颗粒的制备及其超电容性能研究运用简单的机械球磨-高温烧结法制备了多孔ZnCo_2O_4、NiCo_2O_4纳米颗粒。所得纳米颗粒尺寸均一(20 nm),且具有多孔结构。在2 mol L~(-1) KOH溶液中,两种材料均展现出优异的电化学性能。在1 A g~(-1)和10 A g~(-1)的电流密度下,ZnCo_2O_4的放电比容量分别为1193.4 F·g~(-1)和816.3 F g~(-1),且循环性能良好。其优异的电化学性能主要归因于活性材料较小的尺寸和多孔结构,这有利于增加电极与电解液的接触面积,缩短充放电过程中电子和离子的传输距离,从而提高电极材料的比容量和倍率性能。该合成方法简单高效,也适用于其它双金属氧化物纳米材料的大规模制备。(2)介孔ZnCo_2O_4微球的制备及其超电容性能研究通过水热-高温烧结法制备了具有介孔结构的ZnCo_2O_4微球,该材料由形貌均一的微米球组成,每个微米球由相互连接的ZnCo_2O_4纳米颗粒堆积而成,颗粒堆积形成介孔结构。所制备的材料具有较高的比表面积和快速的电子/离子传输通道,表现出良好的电化学性能。在4 A g~(-1)和30 A g~(-1)的电流密度下,其放电比容量高达953.2 F g~(-1)和768.5 F g~(-1),经过3000周循环后容量仅仅损失了2.2%。在功率密度为8 kW kg~(-1)时,其能量密度高达26.68 Wh kg~(-1)。(3)介孔双金属氧化物空心球的制备及其超级电容器性能研究为了进一步提高ZnCo_2O_4材料的电化学性能,通过温和的离子吸附-高温烧结法制备了高比表面积的介孔ZnCo_2O_4空心球。所得空心球由尺寸20 nm的颗粒组装而成,具有介孔结构,且壳层较薄(20-30 nm)。该结构具有较高的比表面积和较多的电化学反应活性位点,且利于电解液离子向活性材料体相内部扩散,大大提高了ZnCo_2O_4材料的电化学性能。当电流密度分别为1 A·g~(-1)和10 A·g~(-1)时,其相应的放电比容量分别为1158 F·g~(-1)和915 F·g~(-1),且经2300周循环后仍保持在1109F g~(-1),其电容保留率为93.11%,展现出了良好的电化学稳定性。此外,运用该方法,我们还成功制备出具有类似纳米结构的ZnSnO3、NiFe2O4材料,并初步探讨了它们的超电容性能。
[Abstract]:The electrochemical properties of porous ZnCo _ 2O _ 4 and NiCo _ 2O _ 4 nanoparticles with high specific capacity , high multiplying power and long cycle life have been studied . ( 2 ) The preparation of mesoporous ZnCo _ 2O _ 4 microspheres and its super - capacitance performance have been studied by hydrothermal - high temperature sintering . When the current density is 1 A 路 g ~ ( -1 ) and 10 A 路 g ~ ( -1 ) respectively , the corresponding discharge specific capacity is 115F 路 g ~ ( -1 ) and 915 F 路 g ~ ( -1 ) respectively , and its capacitance retention rate is 93.11 % when the current density is 1 A 路 g ~ ( -1 ) and 10 A 路 g ~ ( -1 ) respectively .

【学位授予单位】：江苏师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB383.1;TM53

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本文编号：1516291