温度对水热电化学沉积钴基薄膜的超级电容性能影响研究

发布时间：2019-02-27 09:44

【摘要】：超级电容器是一种新型电化学储能器件,具有功率密度大、充放电速度快、循环寿命长、使用温度范围广以及环境友好等优点。按储能机理的不同,超级电容器分为双电层电容器和赝电容电容器,赝电容电容器相对双电层电容器具有更高的能量密度。在赝电容器电极材料中,钴基电极材料具有理论比电容高、赝电容效应明显的优点,基于钴基电极材料的研究已有大量文献报道,但制备的电极材料普遍存在着负载量低、面积比电容小的缺点。本论文采用水热电化学沉积制备工艺,在阴极泡沫镍表面制备大负载量Co(OH)_2和Co(CO_3)_(0.5)(OH)·0.11H_2O薄膜,借助X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、X射线光电子能谱仪(XPS)、透射电子显微镜(TEM)和比表面积测试仪(BET)等测试方法研究了温度(100℃、120℃、140℃、160℃)对钴基薄膜电极材料的组成、结构和形貌的影响;并使用循环伏安测试(CV)、恒流充放电测试(GCD)和交流阻抗谱测试(EIS)表征了钴基薄膜的超级电容性能,研究温度对水热电化学沉积钴基薄膜的超级电容性能的影响,制备出了大面积比电容电极材料,并将制备出的Co(OH)_2和Co(CO_3)_(0.5)(OH)·0.11H_2O薄膜电极作为超级电容器正极材料以及活性炭作为超级电容器负极材料组装成非对称型超级电容器,并考察其超级电容性能。研究结果表明,随着水热电化学沉积温度的升高,薄膜先由六方晶型的花瓣状Co(OH)_2(100℃)转变为六方晶型的针棒状Co(CO_3)_(0.5)(OH)·0.11H_2O、Co(OH)_2混合物(120℃),最终转变成四方晶型的针棒状Co(CO_3)_(0.5)(OH)·0.11H_2O(140℃,160℃)。其中六方晶型的Co(OH)_2薄膜的超级电容性能优于四方晶型的Co(CO_3)_(0.5)(OH)·0.11H_2O薄膜,温度为120℃制备的针棒状Co(OH)_2、Co(CO_3)_(0.5)(OH)·0.11H_2O混合物薄膜面积比电容最大,在电流密度为10 mA/cm~2时达30.15 F/cm~2,而电流密度升高至60 mA/cm~2时为20.94 F/cm~2;温度为100℃制备的Co(OH)_2薄膜的质量比电容最大,电流密度为5 mA/cm~2时为1225 F/g,而电流密度升高至20 mA/cm~2时为694 F/g。制备的Co(OH)_2-AC型非对称超级电容器在电流密度为5 mA/cm~2时的比电容为3.071 F/cm~2(357.1 F/g),而电流密度升高至30m A/cm~2时,比电容为2.397 F/cm~2(278.7 F/g),充放电循环5000次后其容量保持在77.4%;而Co(CO_3)_(0.5)(OH)·0.11H_2O-AC型非对称超级电容器在电流密度为5 mA/cm~2时的比电容为3.406 F/cm~2(143.4 F/g),电流密度升高至30 mA/cm~2时的比电容为1.348 F/cm~2(56.8 F/g),其充放电循环3000次后容量几乎没有衰减。
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【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB383.2;TM53

【参考文献】