镍基材料及其石墨烯复合物的超级电容特性研究

发布时间：2017-03-25 13:00

  本文关键词：镍基材料及其石墨烯复合物的超级电容特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：全球经济得到高速发展,但是其代价就是传统化石能源的快速消耗以及日益严重的环境污染问题,亟需寻找可靠有效且清洁无污染的可持续新能源,除此之外各国政府需要投入大量的人力物力研究发展与其相配套的储能器件。超级电容器其性能介于传统电容器与蓄电池之间,成为两者很好的过渡,它兼具物理电容器高功率的特点以及传统电池高能量密度的优势,具有充电速度快、倍率性能好、循环寿命长、温度特性好、安全稳定性高、绿色无污染等优点,具备前所未有的应用前景。根据已有的研究表明,高性能的超级电容器取决于高性能的电极材料,其不仅要求具备高度可逆的氧化还原反应,较高的比表面积,而且要求具备良好的导电性。其中,氧化镍、氢氧化镍、硫化镍等镍基材料由于具有理论比容量高、热稳定性能好、资源储量丰富以及环境友好等特点,被人们认为是具有很大开发和应用潜力的新型超级电容器电极材料。而且,将镍基材料与双电层电容石墨烯等碳材料复合能够进一步改善活性材料的比容量、倍率性能和循环充放电稳定性。本文利用一步水热法制备镍基氧化物、硫化物赝电容材料,并尝试将其与石墨烯复合。主要内容如下:(1)我们利用水热制备的方法,硫代乙酰胺(TAA)作为硫源,金属泡沫镍作为导电基底以及镍源进行原位生长,制备出具有类树枝状纳米结构的Ni_3S_2电极材料。通过改变反应温度来研究温度对其树枝状结构的影响,并改变反应时间研究其树枝状结构的生长机理。负载有树枝状Ni_3S_2的泡沫镍可直接作为无粘结剂添加的超电电极进行电化学电容性能测试,在120℃6 h条件下制备的树枝状Ni_3S_2电极表现出最优异的比容量,在2 A/g的充放电电流密度下比容量达到710F/g,同时表现出良好的循环充放电稳定性。(2)利用水热制备的方法,依然是硫代乙酰胺作为硫源,泡沫镍同时作为基底和镍源,通过水热过程,既完成了氧化石墨烯的还原,又完成了Ni_3S_2颗粒的形成,从而制备出附着在泡沫镍基底上的Ni_3S_2/graphene复合物。我们发现加入石墨烯以后,复合材料相比于单纯Ni_3S_2电容量得到很大的提升,在2 A/g的电流密度下比容量达到1420 F/g,同时表现出优异的循环稳定性。(3)通过一步水热的方法,我们制备出了由纳米片组成的NiMoO_4@CoMoO_4微球结构,同时对不同Ni/Co比例的复合物进行了表面形貌、结构、元素组成及价态表征以及电化学电容性能测试。我们发现Ni/Co比例为8:2的样品表现出最高的比电容,在2 A/g的电流密度下达到1601.6 F/g,同时具有优异的倍率性能和循环稳定性。最后我们将该样品组装成纽扣型对称超级电容器,并进行了双电极电容性能测试,表现出较高的比容量,且循环稳定性良好。
【关键词】：还原氧化石墨烯 纳米复合材料 双电层机制 拉法第准电容特性 超级电容器
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM53;TB33
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 引言10-11
• 1.2 超级电容器的概述11-15
• 1.2.1 超级电容器的分类11-13
• 1.2.2 超级电容器的特点13-14
• 1.2.3 超级电容器的应用与发展现状14-15
• 1.3 超级电容器电极材料的研究进展15-17
• 1.3.1 双电层电容材料15-16
• 1.3.2 赝电容电极材料16
• 1.3.3 复合或混合型材料16-17
• 1.4 镍基和石墨烯基电容材料的研究进展17-20
• 1.4.1 石墨烯及其复合材料的制备17-18
• 1.4.2 石墨烯及其复合材料在超级电容器方面的应用18-19
• 1.4.3 镍基材料在超级电容器方面的应用19-20
• 1.5 本论文的目的、意义和主要内容20-22
• 1.5.1 研究目的和意义20-21
• 1.5.2 研究内容21-22
• 第2章 树枝状Ni_3S_2的制备及其电容性能研究22-31
• 2.1 引言22-23
• 2.2 实验部分23-24
• 2.2.1 实验试剂与设备23-24
• 2.2.2 材料的制备24
• 2.2.3 电化学性能测试24
• 2.3 结果与分析24-30
• 2.3.1 树枝状Ni_3S_2的形貌表征24-28
• 2.3.2 树枝状Ni_3S_2的结构表征28
• 2.3.3 树枝状Ni_3S_2的电化学电容性能28-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第3章 Ni_3S_2/graphene复合材料的制备及其电容性能研究31-38
• 3.1 引言31
• 3.2 实验部分31-33
• 3.2.1 实验试剂31-32
• 3.2.2 氧化石墨烯的制备32
• 3.2.3 Ni_3S_2/graphene复合材料的制备32-33
• 3.3 结果与分析33-37
• 3.3.1 Ni_3S_2/graphene复合材料的结构表征33-34
• 3.3.2 Ni_3S_2/graphene复合材料的形貌表征34
• 3.3.3 Ni_3S_2/graphene复合材料的电化学电容性能34-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第4章 NiMoO_4@CoMoO_4复合材料的制备及其电容性能研究38-49
• 4.1 引言38-39
• 4.2 实验部分39
• 4.2.1 实验试剂与设备39
• 4.2.2 实验材料的制备39
• 4.3 结果与分析39-48
• 4.3.1 NiMoO_4@CoMoO_4复合材料的结构表征39-41
• 4.3.2 NiMoO_4@CoMoO_4复合材料的形貌表征41-43
• 4.3.3 NiMoO_4@CoMoO_4复合材料的电化学电容性能43-48
• 4.4 本章小结48-49
• 第5章 总结与展望49-51
• 5.1 总结49-50
• 5.2 展望50-51
• 参考文献51-57
• 致谢57-58
• 攻读硕士学位期间发表的论文58

  本文关键词：镍基材料及其石墨烯复合物的超级电容特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：267209