钴基金属氧化物和复合物的合成及其电化学性能的研究

发布时间：2020-05-12 02:28

【摘要】：目前,设计与合成具有优异电化学性质的电极材料仍然是一个重要的研究热点。在众多电化学电极材料中,Co_3O_4具有较高的理论比电容和良好的电化学性能,然而较低的能量密度限制了其作为超级电容器电极材料的应用。解决这一问题的可行策略有:对Co_3O_4纳米结构进行合理的改良或者将Co_3O_4与其他电极材料复合。本论文基于后者,将Co_3O_4分别与两种二元金属氧化物进行复合,得到了两种核-壳结构的复合材料。众所周知,相对于单一的金属氧化物来说,二元金属氧化物具有更高的电化学活性。本文将水热合成的Co_3O_4纳米线阵列作为支撑二元金属氧化物的支架,将二元金属氧化物负载于该支架上。由于两种电极材料的协同作用,得到的无粘结剂超级电容器电极具有较高的比电容以及较好的循环稳定性。(1)通过温和的水热反应过程,在泡沫镍基底上合成了Co_3O_4@MnCo_2O_4核-壳结构复合材料。在反应温度为120℃,反应物浓度配比一定的条件下,通过调整反应时间,制备了不同形貌的样品,并对其进行了电化学性质的研究。其中在反应条件为120℃,8 h下合成的样品表现出了优良的电化学性能。在电流密度为1 mA cm~(-2)下,复合材料的比电容值高达736.5 F g~(-1),比单纯的Co_3O_4纳米线的比电容值(370.67 F g~(-1))提高了近一倍,表明这种核-壳结构相对于单一纳米线结构在电化学性能上有了很大的提高。同时,复合材料在2000次的循环测试中也表现出了较好的循环稳定性(保持了81.59%的电容值),说明本论文所合成的具有核-壳结构的Co_3O_4@MnCo_2O_4是较为优秀的超级电容器电极材料。(2)通过两步水热合成,在泡沫镍基底上制备了Co_3O_4@NiWO_4核-壳结构复合材料。在反应温度为130℃的条件下,通过调整反应时间和反应物的浓度,制备了不同形貌的样品。其中在反应条件为130℃,8 h下合成的样品表现出了良好的电化学性质。在电流密度为1 mA cm~(-2)下,其比电容值为612.83 F g~(-1),是纯相的Co_3O_4纳米线(370.67 F g~(-1))比电容值的1.65倍。尤其是在5000次循环之后,其比电容值仍为初始比电容值的1.59倍。以上结果说明本论文所合成的Co_3O_4@Ni WO_4复合材料具有较好的电化学性能,可以作为电极材料应用于超级电容器领域。
【图文】：

固定式储能技术的分类[5]

图 1.2 各种电化学能量储存系统的功率与能量的关系图[ 荷 储 存 机 制 的 不 同 ，， 超 级 电 容 器 一 般 分 为 双 电emistry Double Layer Capacitors ， EDLCs ） 和 赝 电pacitors，PCs）[12]。EDLCs 通过在电极和电解液之间的界
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB33

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本文编号：2659480