镍钴基正极材料的制备及其在超级电容器的应用
发布时间：2021-07-19 18:31
由于全球经济迅猛发展和社会人口急剧膨胀,能源短缺和环境污染问题日益凸显,成为影响人类生存健康和制约人类文明发展的重要因素。因此,开发可再生的清洁能源和高效安全的储能技术成为目前的研究热点。超级电容器,一种清洁安全的储能装置,具有充放电快,功率密度大,绿色环保等优点,引起了许多储能领域专家的热切关注。但是超级电容器的进一步的应用被其较低的能量密度严重限制,为了克服这一短板,优化电极材料势在必行。过渡金属基材料,基于氧化还原的储能机理,具有较高的理论容量,尤其是双金属化合物材料,更是显示出了优异的电化学性能。本论文基于NiCo双金属氢氧化物/硫化物材料,优化其结构,制备具有多层级中空结构的纳/微米材料,系统评估了该材料作为电极材料的性能,深入解析了该材料结构和化学组成与性能之间的构效关系,并测评了组装成扣式超电或柔性超电真实情况下的性能,主要研究内容和结果如下:（1）基于奥斯瓦尔德原理,水热一步法制备海胆状碱式碳酸镍钴电极材料（Ni2Co（CO3）2（OH）2）用于扣式超级电容器。基于复合电极的多层级微/纳米结构,碳酸根插层引起的层间空间扩展和亲水性增加,以及双金属化学成分优势,Ni2Co...
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：55 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１双电层的三个模型机理（ａ）Ｈｅｌｍｈｏｌｉｔｚ模型（ｂ）?Ｇｏｕｙ－?Ｃｈａｐｍａｎ模型（ｃ）?Ｓｔｅｍ模型??Ｆｉｇ?１．１?Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ｏｆ?ｔｈｒｅｅ?ｍｏｄｅｌ?ｉｎ?ｄｏｕｂｌｅ?ｌａｙｅｒ．?（ａ）Ｈｅｌｍｈｏｌｉｔｚ?Ｍｏｄｅｌ（ｂ）?Ｇｏｕｙ－?Ｃｈａｐｍａｎ??
?第１章绪论???Ｃｕｒｒｅｎｔ?ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ??Ａｃｔｉｖｅ?ｌａｙｅｒ??ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ?Ｉ??ｉ??Ｈ＠?！?？—?Ｃ＋?Ｃ??—＋？ｅｅｅ？？＝—??＋？?ｅ?？?０－?０??＿ｒ?：?ｌ??Ｓｅｐａｒａｔｏｒ??图１．２?（ａ）双电层储能机理（ｂ）双电层等效电路??Ｆｉｇ?１．２（ａ）?ｅｎｅｒｇｙ?ｓｔｏｒａｇｅ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ｉｎ?ｄｏｕｂｌｅ－ｌａｙｅｒ?ｃａｐａｃｉｔｏｒ?（ｂ）??如图１．２ａ，双电层电容的储能机理与传统电容器中平板电容的产生过程相??似，但由于双电层的电荷间距远小于传统电容器的间距，因此双电层电容的储能??能力更高。相比于其他储能方式，双电层电容最大特征是，在充放电过程中，依??靠的是电极材料表面的电荷吸附脱附作用，是一个纯粹的物理过程，电极材料与??电解液之间没有电荷和离子的转移与交换，无任何法拉第和氧化还原反应发生，??因此双电层电容大小与电势无关，在工作电压范围内它的电容保持不变，也就是??它的比电容是一个常数。一个完整的超级电容器实际上可以看做??两个超级电容器的串联，总电容可以用以下公式表示：＋?＝??Ｃｊ?Ｃ＋?Ｃ—??碳基材料，包括活性碳，碳纳米管，石墨烯等是最典型依据Ｋ３ＬＣＳ储能的电??极材料。尤其是活性炭，制备工艺简单，来源广泛，价格低廉，比表面积大，导??电性高，具有适合离子扩散和吸附的多孔结构，化学稳定性好，因而被大量应用??于超级电容器的研宄与开发，也是目前超电商业化最成熟的电极材料。［５］碳纳??米管，石墨烯等材料相对来说制备工艺复杂，但由于具有良好的导电性和独特的??机械性能，在柔性器件的开发与利用方
的运行电压窗口，器件的能量密??度相应提高。??１．３．３混合型超级电容器??Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ?Ｂａｔｔｅｒｙ－ｔｙｐｅ??ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ?丨?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ??：ＥＤＬＣ?〇Ｈ?＾??Ｍａｔｅｒｉａｌ＾：?（Ｍ－）?（Ｎａｉ）：＾?ｅ??集?集??流?流??体?体??Ｐｓｅｕｄｏ－?Ｈ＋?一??ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｉ?ＯＨ?（Ｋ＋）二?ｆ?｜｜??ｍａｔｅｒｉａｌｓ?（Ｍ１１－）?（Ｎａ＋）?！ｊ??、?１???－Ａ?夕??图１．４混合型超级电容器储能机理??Ｆｉｇ?１．４?ｅｎｅｒｇｙ?ｓｔｏｒａｇｅ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ｉｎ?ｈｙｂｒｉｄ?ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒ．??混合型超级电容器，又称杂化电容器，类似于非对称超级电容器。但是其中??一侧电极是电池型材料，另外一侧为电容型电极材料，可以是ＥＤＬＣ也可以是??赝电容电极材料。电解液可以是水系，有机，离子液体，固态，取决于电极材料，??同时利用两种材料，混合型超级电容器可以达到更高的电压窗口，这样组装出来??的设备同时具有高比容量和高倍率性能，表现出更高的能量密度，因此迅速成为??最近几年的关注热点。混合型超级电容器储能机理如图所示，充电时，电解液中??的阴阳离子分别朝两极移动，在电容型电极材料表面上发生快速的电荷转移，在??电池型电极材料表面则发生快速的氧化还原反应。［９］目前常见的几种混合型超电??包括：锂离子混合型超电，钠离子混合型超电，酸性／碱性混合型超电。??然而目前的混合型超级电容器仍然需要提高功率密度和循环性能，主要原??７??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Definitions of Pseudocapacitive Materials: A Brief Review[J]. Yuqi Jiang,Jinping Liu. 能源与环境材料(英文). 2019(01)
硕士论文
[1]MOFs衍生的中空结构磷化物的制备及其在超级电容器中的应用[D]. 侯树金.华东师范大学 2018
本文编号：3291209
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：55 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１双电层的三个模型机理（ａ）Ｈｅｌｍｈｏｌｉｔｚ模型（ｂ）?Ｇｏｕｙ－?Ｃｈａｐｍａｎ模型（ｃ）?Ｓｔｅｍ模型??Ｆｉｇ?１．１?Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ｏｆ?ｔｈｒｅｅ?ｍｏｄｅｌ?ｉｎ?ｄｏｕｂｌｅ?ｌａｙｅｒ．?（ａ）Ｈｅｌｍｈｏｌｉｔｚ?Ｍｏｄｅｌ（ｂ）?Ｇｏｕｙ－?Ｃｈａｐｍａｎ??
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的运行电压窗口，器件的能量密??度相应提高。??１．３．３混合型超级电容器??Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ?Ｂａｔｔｅｒｙ－ｔｙｐｅ??ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ?丨?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ??：ＥＤＬＣ?〇Ｈ?＾??Ｍａｔｅｒｉａｌ＾：?（Ｍ－）?（Ｎａｉ）：＾?ｅ??集?集??流?流??体?体??Ｐｓｅｕｄｏ－?Ｈ＋?一??ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｉ?ＯＨ?（Ｋ＋）二?ｆ?｜｜??ｍａｔｅｒｉａｌｓ?（Ｍ１１－）?（Ｎａ＋）?！ｊ??、?１???－Ａ?夕??图１．４混合型超级电容器储能机理??Ｆｉｇ?１．４?ｅｎｅｒｇｙ?ｓｔｏｒａｇｅ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ｉｎ?ｈｙｂｒｉｄ?ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒ．??混合型超级电容器，又称杂化电容器，类似于非对称超级电容器。但是其中??一侧电极是电池型材料，另外一侧为电容型电极材料，可以是ＥＤＬＣ也可以是??赝电容电极材料。电解液可以是水系，有机，离子液体，固态，取决于电极材料，??同时利用两种材料，混合型超级电容器可以达到更高的电压窗口，这样组装出来??的设备同时具有高比容量和高倍率性能，表现出更高的能量密度，因此迅速成为??最近几年的关注热点。混合型超级电容器储能机理如图所示，充电时，电解液中??的阴阳离子分别朝两极移动，在电容型电极材料表面上发生快速的电荷转移，在??电池型电极材料表面则发生快速的氧化还原反应。［９］目前常见的几种混合型超电??包括：锂离子混合型超电，钠离子混合型超电，酸性／碱性混合型超电。??然而目前的混合型超级电容器仍然需要提高功率密度和循环性能，主要原??７??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Definitions of Pseudocapacitive Materials: A Brief Review[J]. Yuqi Jiang,Jinping Liu. 能源与环境材料(英文). 2019(01)
硕士论文
[1]MOFs衍生的中空结构磷化物的制备及其在超级电容器中的应用[D]. 侯树金.华东师范大学 2018
本文编号：3291209
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