基于NiO纳米材料的制备及其电化学性能研究

发布时间：2021-01-10 17:10

　　目前,超级电容器作为一种新型清洁能源存储设备,因使用该设备可以有效缓解能源危机,所以制备高效储能的超级电容器成为研究人员的目标。在日常应用中,超级电容器已经在众多领域中均实施应用。而电极材料是决定电容器性能的重要因素,所以制备电极材料对于超级电容器的发展是十分有意义的。电极材料的中的一种过渡金属氧化物由于其物种广泛、资源丰富、成本低廉等优势引起许多实验室争相研究。但是,大多数过渡金属氧化物在充电/放电过程中会产生体积膨胀或收缩现象,从而导致使用寿命下降。因此,设计和制备具有高活性、大比表面积或多组分的复合电极材料是高性能超级电容器的基本前提。氧化镍（NiO）,在众多金属氧化物中脱颖而出,其原因为其具有高的理论容量,储量丰富,实惠环保等一系列过人之处,在新能源储能系统领域得到广泛关注。本文以NiO纳米电极材料为研究对象,研究合成NiO及其复合物的合成条件与产物形貌、结构和电化学性能之间的内在联系。主要内容如下:通过简单的水热途径制备NiO纳米立方体。合成后的产品由于其独特的结构,所得产物作为电极材料显示出优于以前材料的电化学性能。具体表现为在1 mA cm-2的电流密度下可以实现1012... 

【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省

【文章页数】：60 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1.1双电层电容器的储能机理简图

第1章绪论3图1.1双电层电容器的储能机理简图Figure1.1Diagramofenergystoragemechanismofelectricdoublelayercapacitor（2）赝电容器的储能原理赝电容器的能量储存原理与双电层电容器的原理不同。模拟电容器的能量储存和释放所遵循法拉第定律机制在图1.2中示出。当对其充电时，电极和电解质会被迅速发生氧化还原反应和电极表面附近的电双层的形成，用两种方法积蓄电荷。基于氧化还原反应机制，赝电容和电池的操作多少有些相似。因为赝电容器件的有两种储能方式，所以其电容远大于双电层，但因为法拉第过程反应是化学反应，它的速率较慢，所以其功率密度低于双电层电容器。由于电极材料的表面吸附能力，结构形貌，孔径尺寸对赝电容都是重要因素。所以目前研究者们把研究内容主要放在对赝电容电极材料合理的设计，优化其氧化还原位点，在确保其的功率密度的同时，也将它的能量密度提升。到目前为止，赝电容主要的活性材料包括过渡金属氧化物和导电聚合物。但与双电层电容器进行比较，赝电容器缺点是其性能十分依赖材料的活性位点的数量，这严重阻碍其商业应用[5]。PositiveelectrodeNegativeelectrodeElectrolyteElectrolyteSeparatore-M+nM+n+1+-图1.2赝电容器储能机理图Figure1.2Faradayquasi-capacitorenergystoragemechanismdiagram

沈阳工业大学硕士学位论文4（3）混合型电容器储存机理为了使超级电容器具有高电容，高功率密度等特点，研究人员将双电层电容器和赝电容器的特点组合在一起形成混合型电容器。其储能机理如图1.3所示，正极材料通常是赝电容材料（金属氧化物），负极则是由双电层电极材料（活性炭）构成，这种耦合而成的电容器使以上两种电容器的缺点黯然失色。该组合的电容器即拥有高比电容，高工作电压又可以发挥高功率密度等优势。然而，混合型电容器的整体电化学性能仍取决于电极材料和电解质并且两种材料的电极组装而成的器件性能好于单一材料。混合型超级电容器也有其局限性，例如其能量密度还不足以代替锂离子电池等储能设备，在交流电路无法使用，仅能运用在直流电路等。ElectrodeElectrodeElectrolyteElectrolyteSeparatore-+++++++-------图1.3混合型超级电容器储能机理图Figure1.3Energystoragemechanismdiagramofhybridsupercapacitor1.2.3超级电容器的特点作为储能器件，超级电容器在这个领域也可以与电池分庭抗礼，与传统电容器相比其储能原理很像，但它具有相对更高的能量密度，其适用范围更广。超级电容器之所以具有研究价值和商业价值主要是由于其具有如下几个重要的优势：（1）功率密度高。超级电容器之所以广受好评，是因为它具有其他储能器件没有的优点。如图1.4所示，可以知道受到电荷储能的方式不同，超级电容器拥有电活性材料阴阳离子间化学性质的变化又有双电层的存在，而电池仅是单纯的氧化还原，传统电容器则属于没有发生法拉第反应的储能器材，所以超级电容器功率密度远高于普通电池等，其功率密度是其数倍[6]。

【参考文献】：
期刊论文
[1]绿色电化学储能器件超级电容器的实验设计与实践[J]. 吝彦楠,于锋,尹智敏,杨金凤.  化学教育(中英文). 2020(03)
[2]超级电容器的原理及应用[J]. 李梦格,李杰.  科技风. 2019(13)
[3]NiO纳米棒的制备及其室温下NOx气敏性研究[J]. 杨颖,刘文燚,张承鑫,张帅,孙悦.  电子元件与材料. 2017(11)



本文编号：2969091