镍钴基金属氧化物芯壳纳米纤维的电化学性能研究

发布时间：2018-07-09 22:57

本文选题：超级电容器 + 赝电容　；参考：《兰州理工大学》2017年硕士论文

【摘要】：开发新能源可以有效的缓解能源短缺和环境污染问题,研究储能器件对新能源的利用起到了至关重要的作用。超级电容器(Supercapacitor)作为一种新型储能器件,兼具高能量密度和高功率密度的优点,广泛应用于混合动力汽车、便携式电子设备、军事等领域。超级电容器的电化学性能主要由其电极材料决定,镍钴基金属氧化物作为一种理论容量高、廉价、环保的电极材料,受到了研究者的广泛关注。本文以制备性能优异的超级电容器电极材料为出发点,采用同轴静电纺丝工艺制备出一系列镍钴基金属氧化物芯壳结构复合纳米纤维电极材料。通过XRD、SEM、TEM等手段对制备出的材料进行了微观形貌和结构的表征;使用电化学工作站对制备出的电极进行了循环伏安、恒流充放电和交流阻抗等电化学性能测试。主要研究内容如下:1.以PVP/Ni(NO_3)_2、PVP/Co(NO_3)_2为前躯体,通过静电纺丝法结合热处理工艺制备出单体NiO纤维、单体Co_3O_4纤维和具有芯壳结构的NiO@Co_3O_4复合纳米纤维,对制备出的三种电极材料分别进行了微观形貌、结构的表征和电化学性能测试。芯壳复合带来的协同效应使得材料的电化学性能得到了大幅提升,NiO@Co_3O_4芯壳复合纳米纤维电极在1Ag~(-1)电流密度下比电容达到了437Fg~(-1),远大于单体NiO纤维的221Fg~(-1)和单体Co_3O_4纤维的283 Fg~(-1);即使电流密度达到40Ag~(-1)时,容量仍能保持60%左右,具有良好的倍率性能;交流阻抗的测试结果表明,NiO@Co_3O_4芯壳复合纳米纤维在高、中、低频区域对应的三种阻抗Rs,Rct和Zw均小于两种单体材料;在5Ag~(-1)的电流密度下循环1000次后,NiO@Co_3O_4芯壳复合纳米纤维电极的容量剩余为82.9%,优于NiO单体的77.4%和Co_3O_4单体的78.8%,循环稳定性也有所提升。2.以PVP/Ni(NO_3)_2/Co(NO_3)_2、PVP/Mn(CH3COO)2/Co(NO_3)_2为前躯体,通过同轴静电纺丝法结合不同焙烧温度制备出具有芯壳结构的NiCo_2O_4@MnCo_2O_4复合纳米纤维电极材料。对热处理温度分别在500℃、600℃和700℃的电极材料进行了微观形貌、结构的表征和电化学性能测试,分析讨论了不同焙烧温度对电极材料形貌性能的影响。结果显示:热处理温度在500℃、600℃、700℃时均得到了结晶良好的尖晶石结构NiCo_2O_4、MnCo_2O_4复合材料,500℃时得到的芯壳纤维结构最为连续完整;随着焙烧温度的升高,分子热运动加剧,晶粒不断长大,600℃时纤维断裂成十几微米的短棒;700℃时碎裂成段并粘连在一起,完全失去一维结构,芯层和壳层也互融在一起。电化学性能测试表明500℃焙烧时具有最完整一维纤维和三维网状结构的电极材料整体电化学性能最优,在1Ag~(-1)电流密度下比电容达到了463Fg~(-1),高于600℃时的362Fg~(-1)和700℃时的283Fg~(-1);交流阻抗测试表明完整的一维纤维结构为电子、离子的转移提供了天然的通道,致使500℃焙烧的样品阻抗最小,形貌最差的700℃焙烧样品阻抗最大。500℃热处理得到的NiCo_2O_4@MnCo_2O_4芯壳复合纳米纤维在5Ag~(-1)的电流密度下循环1000次,容量剩余为82.4%,循环稳定性良好。
[Abstract]:The electrochemical properties of NiO @ Co _ 3O _ 4 core - shell composite nanofibers with high energy density and high power density were investigated . The results showed that the electrochemical properties of NiO @ Co _ 3O _ 4 core - shell composite nanofibers were 82.9 % , 78.8 % and 78.8 % respectively .
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB383.1;TM53;TB33

【参考文献】