二维纳米电极材料的合成及电化学性能研究

发布时间：2018-06-13 07:12

本文选题：超级电容器 + 二维纳米片　；参考：《烟台大学》2017年硕士论文

【摘要】：超级电容器做为一种新型的储能器件,具有高功率密度、高倍率性能和高充放电稳定性等优点。虽然商用超级电容器的能量密度远高于传统介电电容器,但仍远低于电池类储能器件,因此设计开发同时具备高功率密度和能量密度的超级电容器是该领域的研究热点。根据发生电化学机理的不同,超级电容器可以分为两类,双电层超级电容器和赝电容超级电容器。赝电容超级电容器是通过电化学活性物质在电极表面发生高度可逆的氧化还原反应实现能量的存储,相较于依靠静电积累储能的双电层电容器具有更高的能量密度和功率密度。镍基氢氧化物是一类重要的赝电容超级电容器电极材料,具备高理论比电容和低廉价格的优点,然而由于导电性较低和充放电稳定性较差的问题,限制了其实际应用。本论文针对镍基氢氧化物在电化学应用中存在的问题,同时依据其结构特性,本论文开展了如下所述的二维镍基氢氧化物纳米结构电极材料的制备及电化学性能的研究。(1)表面修饰的六边形β-Ni(OH)2纳米片:以吗啡啉为沉淀剂,氯化镍为镍源,采用水热法制备了六边形β-Ni(OH)2纳米片,并采用丙三醇对β-Ni(OH)2纳米片进行了表面改性。发现由于高亲水性丙三醇分子的作用及β-Ni(OH)2纳米片的结构刚性,使电极在电化学活化后形成了有序的内部孔道,从而使β-Ni(OH)2纳米片的电化学性能得到了极大的提高,其在电流密度为1.6 A g~(-1)时比电容为1917 F g~(-1),而电流密度增加到31.3 A g~(-1)时仍具有1289 F g~(-1)的比电容。(2)可溶性α-Ni(OH)_2单层纳米片:采用无水乙醇为溶剂,氢氧化钠为沉淀剂,在80°C水浴的条件下制备了α-Ni(OH)_2单层纳米片。研究结果表明,在无水乙醇的贫水环境中,难以形成以水分子为媒介的层间氢键,因而导致了α-Ni(OH)_2单层纳米片的形成。由于二维α-Ni(OH)_2单层纳米片具有原子级的厚度,其因而具有极高的电化学性能:在2 A g~(-1)的电流密度下可达到2459 F g~(-1),而电流密度增加到40 A g~(-1)时,其仍具有1182 F g~(-1)的比电容。(3)Co-Ni LDH单层纳米片:将硝酸镍和硝酸钴固体混合物以一定的摩尔比在吗啡啉中进行研磨后,老化10小时后即可获得Co-Ni LDH单层纳米片。当Co~(2+)与Ni~(2+)的摩尔比为0.2时,所获得的Co-Ni LDH单层纳米片具有最优的电化学性能:在电流密度为1.64 A g~(-1)时获得2416 F g~(-1)的最大比电容,而当电流密度增加到35.1 A g~(-1)仍然保持1316 F g~(-1)的比电容,呈现出非常优异的倍率性能。(4)α-Ni(OH)_2/还原氧化石墨烯三明治结构复合材料:利用带正电荷的单层氢氧化镍和带负电荷的氧化石墨烯之间的静电吸引驱动力,成功合成了单层氢氧化镍和还原石墨烯的三明治型复合材料。该复合物的三明治结构解决了氢氧化镍材料导电性低的缺点,可将氢氧化镍在电化学反应中产生的电子快速的通过石墨烯层传导,因此,该复合材料表现出优异的电化学性能。
[Abstract]:A novel energy storage device with high power density , high multiplying power and high charge / discharge stability has been developed . When the molar ratio of Co ~ ( 2 + ) to Ni ~ ( 2 + ) is 0.2 , the maximum specific capacitance of 2416 F g ~ ( -1 ) is obtained . When the current density is 1.64 A g ~ ( -1 ) , the sandwich composite material of 2416 F g ~ ( -1 ) is obtained .
【学位授予单位】：烟台大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB383.1;TM53

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