纳米结构Nb 2 O 5 的设计及其插层赝电容行为的研究
发布时间：2020-12-24 20:00
为了满足未来对化学能源的需求,关于电化学储能器件的研究目前已经成为一个重要的课题,电极材料的选择则是电化学储能器件研究中的重点,对于兼具高能量密度和高功率密度的电极材料的需求日益增长。赝电容是指一种在材料表面或近表面发生氧化还原反应的法拉第过程,它可以在高充放电速率下提供高能量密度,近来发现,正交晶系（T-）的五氧化二铌（Nb2O5）是一种新型的插层赝电容材料,即使在高的充放电速率下,仍然可以提供接近于电池级的高比容量;然而,Nb2O5作为一种过渡金属氧化物,其本身的低导电率会限制它的高倍率性能。因此,我们尝试从两个角度来解决这个问题。首先,构造多孔炭与Nb2O5的复合材料,利用两者之间的协同作用,提高比容量并促进电子传递速率;其次,对Nb2O5纳米晶的表面化学和晶体结构进行改性,从而实现倍率性能的提升。以上方法的提出对于获得高能量-高功率密度的超级电容器,阐明储能机理具有重要的意义,本文主要结论如下:（1）基于T-Nb2O5@C空心核壳纳米结构电极的高速率不对称电容器。由于T-Nb2O5独特的正交型晶体结构,其表现出不受扩散控制的赝电容行为。然而,当被制备成相对较厚的电极时,它的低电...
【文章来源】：华东理工大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：138 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２不同类型的超级电容器示意图：（ａ）?ＥＤＬＣ；?（ｂ）赝电容器??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒ?ｔｙｐｅｓ：?（ａ）?ＥＤＬＣ?ｔｙｐｅ；?（ｂ）?ｐｓｅｕｄｏｃａｐａｃｉｔｏｒ?ｔｙｐｅ??
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华东理工大学博士学位论文?第５页??１．２赝电容储能机理??根据Ｃｏｎｗａｙ的研究发现，赝电容材料所产生的法拉第过程主要来源于以下三种机??理［１１：⑴欠电位沉积赝电容；（ｉｉ）氧化还原反应赝电容ｄｉｉｉ）插层型赝电容（图１．４）。??当金属离子在另一种氧化还原电势远高于它的金属表面形成吸收单层时，发生欠电位沉??积反应。氧化还原反应赝电容是一种表面电荷存储过程，离子在电极表面或近表面上进??行电化学吸附并在氧化还原活性位点产生连续的电子转移。金属氧化物、金属硫化物、??金属氮化物、金属氢氧化物以及导电聚合物都是典型的赝电容材料。插层赝电容是电活??性粒子插层进入电极材料的层间而不产生晶相变化的过程。研究最多的嵌入型电极材料??包括Ｖ２〇５和Ｎｂ２〇５等。在赝电容材料的设计中，氧化还原型和插层型赝电容材料是最??常被使用的。值得注意的是，这两种材料所产生的法拉第过程都具有较快的充放电速率??且离子不受扩散过程控制。这是与电池最明显的区别，电池是受固态扩散限制的，因此??它的倍率性能较差。为了更好的理解电极材料的动力学行为，在电化学过程中区分赝电??容材料的电容性贡献和扩散贡献是很重要的。在下一节中，我们将讨论赝电容的一些电??化学特性。??（ａ）?匕於?（ｂ）?（ｃ）??Ａｕ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ?Ｎｂ２°？?。??■?ｌ?Ｉ．．?．??图１．４导致赝电容产生的不同类型的可逆的氧化还原机理：（ａ）欠电位沉积；（ｂ）氧化还原反应??赝电容及（ｃ）插层型赝电容??Ｆｉｇｕｒｅ?１．４?Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｔｙｐｅｓ?ｏｆ?ｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ?ｒｅｄｏｘ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ?ｔｈａｔ?ｇｉｖｅ?ｒｉｓｅ
本文编号：2936227
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【文章页数】：138 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２不同类型的超级电容器示意图：（ａ）?ＥＤＬＣ；?（ｂ）赝电容器??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒ?ｔｙｐｅｓ：?（ａ）?ＥＤＬＣ?ｔｙｐｅ；?（ｂ）?ｐｓｅｕｄｏｃａｐａｃｉｔｏｒ?ｔｙｐｅ??
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