纳米尺度金属（氢）氧化物导电性能的改良及其在超级电容器中的应用
发布时间：2019-07-29 17:43
【摘要】：随着人类对能源需求的迅猛增长及随之而来的环境问题日趋严峻,利用诸如太阳能、风能、潮汐能等清洁能源发电成为迫在眉睫的课题。然而,这些可再生能源很大的共性就是并不持续存在,而是具有自身的周期规律性。因此,收集这些能源的储能器件便成为了当下科学家们研究的重点。超级电容器作为目前最为火热的储能器件之一,与锂离子电池一同填补了高功率密度的传统静电电容器与高能量密度的锂一次电池之间的鸿沟,同时拥有高功率密度与高能量密度。而相比锂离子电池,其更高的功率密度,快速充放电,长循环寿命的特点使其在各种领域得到了广泛应用。纳米材料由于其独特的结构与理化性质,在近几十年一直是材料科学的研究重点。在超级电容器研究中,纳米材料的高比表面积,以及能够提供离子与电子的短传输/扩散距离的能力,都能有助于实现更快速的反应速度与高充放电容量。同时,纳米材料能够更好地耐受由于离子嵌入/脱出所造成的形变与应力从而有效提升材料的循环寿命,已经被证明能够作为优秀超级电容器的有效电极材料。而且,近年来在纳米材料,尤其是无机纳米材料可控尺寸,形貌与组分的合成方向上的进展都让调控电极材料优化超级电容器效能成为可能。金属氧化物与氢氧化物是超级电容器电极材料中非常重要的一类:由于金属多样的化学价,它们往往具有发生可逆氧化还原反应并产生赝电容的能力,而赝电容的理论比电容较双电层电容有相当大的优势,因此它们成为了目前超级电容器领域中的研究热点。但尽管金属氧化物与氢氧化物的理论比电容很高,在实际研究中往往很难接近其理论比电容,最普遍的一个原因便是它们的导电性较差,而在实际电极制备中,单位电极面积负载量需要达到一定水平,这导致这些金属氧化物与氢氧化物必须堆积在一起,让自身的内阻大大降低了最终获得的比电容。因此,为了提升金属氧化物与氢氧化物的比电容,一条行之有效的路径便是改良其导电性。本论文在第一章中简单介绍了超级电容器的分类,原理,评价方式等背景知识,而在此后的三章中,针对纳米尺度金属(氢)氧化物导电性能的改良,这一问题,提出了三个全然不同的解决方案:在本论文第二章中,针对金属氧化物纳米颗粒,我们引入金属Au,合成出哑铃状的金属-金属氧化物纳米颗粒,改变了传统金属/金属氧化物或金属氧化物/金属的核壳结构中,电解液无法充分接触两组分的缺点,把金属纳米颗粒与金属氧化物纳米颗粒同时暴露在电解液中,成功提高复合纳米颗粒的整体电容性能。本论文第三章,同样针对金属氧化物纳米颗粒,我们将金属盐作为还原氧化石墨烯的还原剂,在生成金属氧化物纳米颗粒的同时,将导电性较差的氧化石墨烯还原为导电性优秀的还原氧化石墨烯(rGO),成功提升复合产物的比电容。本论文第四章,我们采取逆向思维的方式,首先合成了超薄氢氧化钴纳米片,并之后将金属纳米颗粒负载在氢氧化钴的超薄纳米片中,提升纳米片的导电性,同时,由于纳米颗粒作为"垫片"嵌在纳米片的层间,避免了纳米片因为层叠损失大量可储存电荷表面积的问题,增强了电解液对于材料的浸润性,大大提高了材料在高电流密度下的电容性能。
【图文】：
第一章前言逡逑随着人类对能源需求的迅猛增长及随之而来的环境问题日趋严峻，利用诸如逡逑太阳能、风能、潮ka能等清洁能源发电成为迫在眉睫的课题。图１．１为１９６５年逡逑至２０１３年全球能源增长与二氧化碳排放量增长的示意图，１可Ｗ看出二者保持了逡逑高度相关性，但从上世纪末Ｗ来，相对于人类能源消耗，二氧化碳排放量的X棾ゅ义鲜仆飞杂蟹呕海庥肴死喽郧褰嗄茉吹闹厥用懿豢煞帧ｅ义希矗埃茫埃眩板危欤矗希埃幔彦义蟷瑁板卧补义希常埃埃埃啊╁危诲义希玻担埃埃傲﹀巍义希拢眩希幔襄义厦义位σ诲义戏綂﹀义希兀樱埃埃埃板义希浚
本文编号：2520661
【图文】：
第一章前言逡逑随着人类对能源需求的迅猛增长及随之而来的环境问题日趋严峻，利用诸如逡逑太阳能、风能、潮ka能等清洁能源发电成为迫在眉睫的课题。图１．１为１９６５年逡逑至２０１３年全球能源增长与二氧化碳排放量增长的示意图，１可Ｗ看出二者保持了逡逑高度相关性，但从上世纪末Ｗ来，相对于人类能源消耗，二氧化碳排放量的X棾ゅ义鲜仆飞杂蟹呕海庥肴死喽郧褰嗄茉吹闹厥用懿豢煞帧ｅ义希矗埃茫埃眩板危欤矗希埃幔彦义蟷瑁板卧补义希常埃埃埃啊╁危诲义希玻担埃埃傲﹀巍义希拢眩希幔襄义厦义位σ诲义戏綂﹀义希兀樱埃埃埃板义希浚
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