含Nb超级电容材料的制备及特性研究

发布时间：2017-04-08 06:17

  本文关键词：含Nb超级电容材料的制备及特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：超级电容器是一种新型的绿色储能元件,具有高功率密度和能量密度、充电速度快、使用寿命长、温度范围宽、安全及对环境友好等优点,已在很多领域得到成功的应用,并且应用范围还在不断地扩大。超级电容器电极材料是影响其能源储存性能的主要因素,也是各国目前研究的重点。最早被用于赝电容材料的贵金属氧化物RuO2,最高比电容值可达720 F/g,但其昂贵的价格限制了它的使用。铌和锰因与钌性质相似,并且资源丰富、电化学性能优良,近年来成为研究热点。本文以草酸铌铵和葡萄糖为原料,利用水热法在泡沫镍基底上制备含铌复合电容材料和水热-电沉积法制备铌锰复合电容材料。结合SEM、XRD、电化学性能测试等对在最优条件下所制备的电容材料进行表征,并比较了两者的电化学性能差异。通过水热实验研究了反应物葡萄糖和草酸铌铵的摩尔比、反应时间和反应温度对泡沫镍上所负载的铌氧化物量的影响,结合三因素四水平的正交试验,确定了制备含Nb复合电容材料的最优工艺条件:反应物葡萄糖和草酸铌铵的摩尔比为7:1,反应温度200℃,反应时间为18 h。所制备的含Nb电容材料在充放电电流密度为0.5 A/g时,最大比电容能达到189.47 F/g,经过1000次循环后,其放电比电容的保持率仍保持在95%以上,是一种具有应用前景的超级电容器材料。采用水热-电沉积相结合的方式制备铌锰复合物,考察了电沉积过程中循环次数和扫描速率对制备的铌锰复合材料的比电容的影响,确定了最佳的电沉积条件:循环伏安的扫描速率为10 mV/s,循环次数400次,并利用FTIR、SEM、电化学工作站及蓝电测试系统等对产物的结构、表面形貌和电化学性质进行了评价。结果表明,随着电流密度的增加,制备的铌锰复合材料电极的比电容逐渐变小,当电流密度为0.5 A/g时,比电容能达到330.64 F/g,是单纯含Nb电极的1.5倍多,经过1000次循环后,其放电比电容的保持率仍保持在93%以上,具有良好的电化学性能以及循环稳定性。
【关键词】：电极材料 泡沫镍基底 水热法 电沉积
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33;TM53
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 超级电容器概述10-16
• 1.1.1 超级电容器的类型10-11
• 1.1.2 超级电容器的特点11
• 1.1.3 超级电容器的电极材料11-14
• 1.1.4 超级电容器的发展状况14-15
• 1.1.5 超级电容器应用前景15-16
• 1.2 铌的性质16-17
• 1.2.1 铌的氧化物16-17
• 1.2.2 铌酸盐17
• 1.2.3 电容器级铌粉、电容器级铌丝17
• 1.3 制备含铌复合电容材料的方法17-19
• 1.3.1 溶胶-凝胶合成法17-18
• 1.3.2 气溶胶喷雾合成法18
• 1.3.3 水热合成法18-19
• 1.3.4 电化学沉积方法19
• 1.4 泡沫镍作为基底材料的研究现状19-20
• 1.5 本课题研究的目的及内容20-22
• 第2章 实验部分22-26
• 2.1 实验仪器及药品22-23
• 2.1.1 实验仪器22
• 2.1.2 实验药品22-23
• 2.2 实验方法23-24
• 2.2.1 水热法制备含铌电极材料23
• 2.2.2 水热-电沉积法制备铌锰复合电极材料23-24
• 2.3 电极材料的表征24-26
• 2.3.1 扫描电镜测试及能谱分析24
• 2.3.2 红外光谱测试24
• 2.3.3 X射线衍射测试24
• 2.3.4 电化学性能测试24-26
• 第3章 结果与讨论26-45
• 3.1 水热法制备含铌电容材料及工艺优化26-32
• 3.1.1 反应物的摩尔比对制备含Nb电容材料的影响26-27
• 3.1.2 反应时间对制备含Nb电容材料的影响27-29
• 3.1.3 反应温度对制备含Nb电容材料的影响29-30
• 3.1.4 最佳工艺条件的确定30-32
• 3.1.5 小结32
• 3.2 优化工艺条件下所制备复合材料的性能分析32-38
• 3.2.1 优化工艺条件下所制备材料的高分辨率SEM分析32-33
• 3.2.2 优化工艺条件下所制备样品的红外光谱分析33-34
• 3.2.3 优化工艺条件下所制备样品的XRD分析34
• 3.2.4 优化工艺条件下所制备样品的循环伏安测试和交流阻抗测试34-36
• 3.2.5 优化工艺条件下所制备样品的恒流充放电测试36-37
• 3.2.6 小结37-38
• 3.3 铌锰电极的制备及工艺优化38-39
• 3.3.1 循环次数对复合材料比电容的影响38
• 3.3.2 扫描速率对复合材料比电容的影响38-39
• 3.3.3 小结39
• 3.4 铌锰复合电极的性能分析39-45
• 3.4.1 铌锰复合电极的红外光谱分析39-40
• 3.4.2 铌锰复合电极的表面形貌和组成40-41
• 3.4.3 循环伏安（CV）和电化学阻抗谱（EIS）分析41-42
• 3.4.4 充放电性能分析42-44
• 3.4.5 小结44-45
• 第4章 结论45-46
• 参考文献46-51
• 在学研究成果51-52
• 致谢52

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