铜/钴/镍硫化物电极材料的制备及其电化学性能
发布时间：2021-06-17 22:38
超级电容器（又称电化学电容器）因其充电速度快、功率密度高、寿命长、易于维护和环境友好等优点已成为便携式设备、电动汽车等许多应用领域的新宠。过渡金属硫化物作为潜在的电极材料,具有理论比容量高,储量丰富,成本低等优点。但电导率不高,循环性能不佳,法拉第电化学反应活性位点不足等问题仍制约其实际应用。本文以NiS,NiCo2S4和CuCo2S4为研究对象,通过优化微观形貌结构以及掺杂制备一元、二元、三元金属硫化物,以期提高电极材料的电化学性能。主要工作如下:1.通过两步水热法和退火法合成不同结晶度的CuCo2S4电极材料。对不同结晶度的CuCo2S4进行物相、结构、微观形貌以及电化学性能的测试。研究表明,退火处理对CuCo2S4材料的形貌结构影响很小,退火温度越高,材料结晶度越高。结晶度对材料比电容的影响较大。晶体CuCo2S4的电化...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1.1双电层电容器储能机理示意图[15]
浙江大学硕士学位论文4图1.2赝电容器原理示意图[15]Fig.1.2SchematicofchargestorageviatheprocessofPseudocapacitor[15]电解液中的离子在外电场的作用下，扩散至电极/溶液界面，于界面发生电化学反应，进入电极表面活性物质中，放电时，原先进入电极材料的离子又通过反应进入电解液，基于此种机制存储电荷。赝电容(C)由电荷(ΔQ)和电位(ΔV)的导数给出，即=()()(1.2)法拉第赝电容器最常用的电极材料是过渡金属氧化物和导电聚合物[19]。赝电容器可以比双电层电容器的容量大很多倍(约10~100)。但前者的功率性能低于后者，这是因为法拉第机制在充放电过程中会出现收缩和膨胀，导致循环寿命和机械稳定性较差[20]。在过渡金属氧化物中，被研究最多的材料是RuO2，理论赝电容可达1300Fg1的，根据最近的报道，最大比电容已经达到720Fg1[21]。其高电容的原因是优异的电化学可逆性和循环性。1.2.3混合电容器双电层电容器和法拉第赝电容器均各有优缺点，混合电容器则将二者结合。混合电容器是由双电层电容材料和法拉第赝电容电极材料组合，如石墨烯或石墨和过渡金属硫化物、导电聚合物和活性炭[22,23]。混合电容器可以承受更高的工作电压，产生更高的电容。与传统电容器，EDLC和赝电容器相比，其比电容可以提高2~3倍，并可将能量密度提高到20~30Whkg1[10]。混合超级电容器可以是对称的，也可以是不对称的，取决于组件的配置。由
第一章绪论5锂插入电极和碳电极组成的混合超级电容器的原理图如图1.3所示。当混合超级电容器由两个不同材料制成的不同电极组成时，表现出比单独的超级电容器更好的电化学行为。与对称型EDLC相比，混合型EDLC额定电压，比能量，比电容均有提高。同时，不对称系统在所有性能方面都具有异常优越的性能，远高于其他类型的超级电容器。因此，最适合超级电容器的系统是不对称混合系统。图1.3混合电容器储能机理示意图[15]Fig.1.3Schematicofchargestorageviatheprocessofhybridsupercapacitor[15]1.3超级电容器电极材料研究进展超级电容器的电荷存储和电容在很大程度上取决于电极材料。因此，与传统材料相比，采用具有高容量和高性能的新型材料是超级电容器器件的最大目标。超级电容器的电容取决于其特定电极材料的有效面积。然而，电解质和电极材料相互作用的有效面积是有限的，不同材料的电容并不线性相关于其有效表面积[24]。因此，可发生电化学反应的部分被称为电化学活性面积[25]。由上文可知，超级电容器有两种储能机制，但无论是双电层电容器还是法拉第电容器，其电极材料的选择均应具备以下标准：(1)大电化学活性表面积和孔隙率；(2)良好的表面润湿性；(3)高电导率；(4)良好的循环稳定性（>105次循环）；(5)形貌易于获得（例如孔径、孔分布、颗粒尺寸/分布）；(6)在较宽的工作电压范围内具有热力学稳定性。目前，碳基材料，过渡金属氧化物/氢氧化物/硫化物，导电聚合物和新型电极材料是超级电容器的几大种类的电极材料。
本文编号：3236051
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1.1双电层电容器储能机理示意图[15]
浙江大学硕士学位论文4图1.2赝电容器原理示意图[15]Fig.1.2SchematicofchargestorageviatheprocessofPseudocapacitor[15]电解液中的离子在外电场的作用下，扩散至电极/溶液界面，于界面发生电化学反应，进入电极表面活性物质中，放电时，原先进入电极材料的离子又通过反应进入电解液，基于此种机制存储电荷。赝电容(C)由电荷(ΔQ)和电位(ΔV)的导数给出，即=()()(1.2)法拉第赝电容器最常用的电极材料是过渡金属氧化物和导电聚合物[19]。赝电容器可以比双电层电容器的容量大很多倍(约10~100)。但前者的功率性能低于后者，这是因为法拉第机制在充放电过程中会出现收缩和膨胀，导致循环寿命和机械稳定性较差[20]。在过渡金属氧化物中，被研究最多的材料是RuO2，理论赝电容可达1300Fg1的，根据最近的报道，最大比电容已经达到720Fg1[21]。其高电容的原因是优异的电化学可逆性和循环性。1.2.3混合电容器双电层电容器和法拉第赝电容器均各有优缺点，混合电容器则将二者结合。混合电容器是由双电层电容材料和法拉第赝电容电极材料组合，如石墨烯或石墨和过渡金属硫化物、导电聚合物和活性炭[22,23]。混合电容器可以承受更高的工作电压，产生更高的电容。与传统电容器，EDLC和赝电容器相比，其比电容可以提高2~3倍，并可将能量密度提高到20~30Whkg1[10]。混合超级电容器可以是对称的，也可以是不对称的，取决于组件的配置。由
第一章绪论5锂插入电极和碳电极组成的混合超级电容器的原理图如图1.3所示。当混合超级电容器由两个不同材料制成的不同电极组成时，表现出比单独的超级电容器更好的电化学行为。与对称型EDLC相比，混合型EDLC额定电压，比能量，比电容均有提高。同时，不对称系统在所有性能方面都具有异常优越的性能，远高于其他类型的超级电容器。因此，最适合超级电容器的系统是不对称混合系统。图1.3混合电容器储能机理示意图[15]Fig.1.3Schematicofchargestorageviatheprocessofhybridsupercapacitor[15]1.3超级电容器电极材料研究进展超级电容器的电荷存储和电容在很大程度上取决于电极材料。因此，与传统材料相比，采用具有高容量和高性能的新型材料是超级电容器器件的最大目标。超级电容器的电容取决于其特定电极材料的有效面积。然而，电解质和电极材料相互作用的有效面积是有限的，不同材料的电容并不线性相关于其有效表面积[24]。因此，可发生电化学反应的部分被称为电化学活性面积[25]。由上文可知，超级电容器有两种储能机制，但无论是双电层电容器还是法拉第电容器，其电极材料的选择均应具备以下标准：(1)大电化学活性表面积和孔隙率；(2)良好的表面润湿性；(3)高电导率；(4)良好的循环稳定性（>105次循环）；(5)形貌易于获得（例如孔径、孔分布、颗粒尺寸/分布）；(6)在较宽的工作电压范围内具有热力学稳定性。目前，碳基材料，过渡金属氧化物/氢氧化物/硫化物，导电聚合物和新型电极材料是超级电容器的几大种类的电极材料。
本文编号：3236051
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