含镍层状双氢氧化物/碳复合电极材料的制备及性能研究
发布时间：2021-12-17 21:40
含Ni层状双金属氢氧化物（LDHs）理论比电容高、储量丰富、价格低廉,是一类重要的电极材料。但是,LDHs导电性差,在实际储能时往往出现性能快速衰减、稳定性差等问题。本文选取三种含镍（Ni-Al、Ni-Co和Ni-Mn）LDHs为研究对象,分别与纳米碳材料复合,原位构筑LDHs包覆碳的核壳结构,作为新型超级电容器电极材料。本论文工作主要如下:1.用微波辅助法将Ni-Al LDHs与氧化石墨烯（GO）复合制备二维核壳结构的Ni-Al LDHs/GO复合材料,并研究组分比例对形貌、微结构和电化学性能的影响。随后,分别用微波法和热还原法将GO还原为还原氧化石墨烯（rGO）,研究两种Ni-Al LDHs/rGO复合材料的电容性能。结果表明,Ni-Al LDHs/rGO复合材料的循环稳定性和倍率性能比Ni-Al LDHs/GO优异,热还原法获得的LDHs/rGO性能最佳。并首次以碳纳米管（CNTs）表面生长的γ-Al2O3为铝源,原位生长Ni-Al LDHs,同时对其形貌、结构和电化学性能进行了系统研究。2.以CNTs为结构支撑,通过共沉淀法在其表面沉积Ni-Co LDHs和Ni-Co羟基氧化物...
【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】：121 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１超级电容器组成示意图
１９２４年，Ｓｔｅｍ汲取前两种理论模型的合理部分，提出双电层静电模型。??Ｓｔｅｒｎ认为，双电层由紧密层和分散层组成，即金属表面为紧密层，而溶液界面??则为分散层，如图１．２ｃ所示。这个摸型被后人称为Ｓｔｅｍ模型或ＧＣＳ模型，是??目前科学界普遍比较接受的双电层理论模型。??ｉｉ±ｉ??Ｄｉｆｆｕｓｅ?ｌ＊ｙｅｒ?Ｂｕｌｋ?ｌａｙｅｒ??￥３＊?＃????｜?、办?＼ＣＳ）?Ｓ。—??Ｉｐ??Ｓｔｅｒｎ?ｌａｙｅｒ?ｓｔｅｒｎ?ｐｌａｎｅ?Ｄｉｆｆｕｓｅ?ｌａＹｅｒ?Ｂｕｌｋ?ｌａｙｅｒ??图１．２双电层理论模型１１］：?（ａ）?Ｈｅ丨ｍｈｏｌｔｚ模型，（ｂ）Ｇｏｕｙ－Ｃｈａｐｍａｎ楔型，（ｃ）?Ｓｔｅｍ模型??Ｆｉｇ．?１．２?Ｍｏｄｅｌｓ?ｏｆ?ｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｄｏｕｂｌｅ?ｌａｙｅｒ：?（ａ）?ｔｈｅ?Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ?ｍｏｄｅｌ，?（ｂ）?ｔｈｅ?Ｇｏｕｙ－Ｃｈａｐｍａｎ??ｍｏｄｅｌ?ａｎｄ?（ｃ）?ｔｈｅ?Ｓｔｅｍ?ｍｏｄｅｌ．??双电层电容器正是基于Ｓｔｅｍ模型发展起来的。如图１．３所示，在电容器充??电时，电解液中的正负离子在外电场的作用下定向移动，分别向负极和正极迀移，??在电极与电解液界面形成正负电荷层，这两个电荷层叫做双电层。在电容器放电??时，电荷的双电层排列被打破，电解液中正负离子迀移到溶液中
?料发生的高度可逆化学吸附／脱附或氧化还原反应实现电荷存储的“准电容”体系。??这类赝电容材料主要包括ＲｕＯｘ［３］，ＭｎＯｘ［４］以及一些导电聚合物。如图１．３，充电时，??电解液中活性离子首先在外电场作用下扩散迁移至电极材料与电解液界面处，再??通过可逆化学反应进入电极材料体相中。放电时，体相中离子通过逆向反应回到??电解液中，存储的电荷则通过外电路形成电流，从而放电。整个过程既包括双电??层电荷存储，也包括电解液中离子与材料体相发生的法拉第反应，能量存储量远大??于双电层电容。??Ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒ??Ｐｓｅｕｄｏｃａｐａｃｉｔｏｒｓ?ＥＤＬＣｓ??６）?Ｃｒ??＾？一?Ｌ?１??￣?Ｋｊ？如－？ｄ??Ｉ??ＩＩ?Ｋ；??ｅ￣?ｅ￣??■＇?■；?ｆｃ：：ｒ｜??？?－？？?？和?ｉ??＞Ｌｏｗ?Ｃ＇ａｐａｃｉｔａｉｉｃｅ??＞Ｈｉ〇ｈ?Ｒａｔｅ??图１．３超级电容器储能机理示意图??Ｆｉｇ．１．３?Ｅｎｅｒｇｙ?ｓｔｏｒａｇｅ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ｏｆ?ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒｓ．??１．２．３超级电容器电极材料研究进展??１．２．３．１碳材料??碳材料含量丰富、易制备、无毒、工作温度范围广，是最早也是目前研究和??应用最广的超级电容器电极材料，具有成本低、比表面积高、孔隙结构丰富、电??４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Carbon nanotubes for supercapacitors:Consideration of cost and chemical vapor deposition techniques[J]. Chao Zheng,Weizhong Qian,Chaojie Cui,Guanghui Xu,Mengqiang Zhao,Guili Tian,Fei Wei Department of Chemical Engineering,Tsinghua University,Beijing 100084,China. Journal of Natural Gas Chemistry. 2012(03)
博士论文
[1]层状双氢氧化物（LDHs）复合材料的构建及光催化性能研究[D]. 黄柱坚.华南理工大学 2014
[2]基于碳纳米管、层状双氢氧化物的聚合物纳米复合材料的制备、结构与性能研究[D]. 黄舒.复旦大学 2011
[3]层状双金属氢氧化物催化生长碳基材料及其电化学性能研究[D]. 张璐.北京化工大学 2010
[4]钴铝双氢氧化物层状材料的制备、表征及电容性能研究[D]. 苏凌浩.南京航空航天大学 2009
[5]层状双金属氢氧化物及氧化物的可控制备和应用研究[D]. 赵芸.北京化工大学 2002
硕士论文
[1]钴铝双金属氢氧化物的制备及电容性能研究[D]. 房继红.浙江大学 2013
[2]纳米层状双氢氧化物的制备及其电容性能研究[D]. 柏志君.天津大学 2008
[3]Sb/LDHs催化剂及层状双氢氧化物结构记忆性研究[D]. 刘媛.南京工业大学 2004
本文编号：3540993
【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】：121 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１超级电容器组成示意图
１９２４年，Ｓｔｅｍ汲取前两种理论模型的合理部分，提出双电层静电模型。??Ｓｔｅｒｎ认为，双电层由紧密层和分散层组成，即金属表面为紧密层，而溶液界面??则为分散层，如图１．２ｃ所示。这个摸型被后人称为Ｓｔｅｍ模型或ＧＣＳ模型，是??目前科学界普遍比较接受的双电层理论模型。??ｉｉ±ｉ??Ｄｉｆｆｕｓｅ?ｌ＊ｙｅｒ?Ｂｕｌｋ?ｌａｙｅｒ??￥３＊?＃????｜?、办?＼ＣＳ）?Ｓ。—??Ｉｐ??Ｓｔｅｒｎ?ｌａｙｅｒ?ｓｔｅｒｎ?ｐｌａｎｅ?Ｄｉｆｆｕｓｅ?ｌａＹｅｒ?Ｂｕｌｋ?ｌａｙｅｒ??图１．２双电层理论模型１１］：?（ａ）?Ｈｅ丨ｍｈｏｌｔｚ模型，（ｂ）Ｇｏｕｙ－Ｃｈａｐｍａｎ楔型，（ｃ）?Ｓｔｅｍ模型??Ｆｉｇ．?１．２?Ｍｏｄｅｌｓ?ｏｆ?ｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｄｏｕｂｌｅ?ｌａｙｅｒ：?（ａ）?ｔｈｅ?Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ?ｍｏｄｅｌ，?（ｂ）?ｔｈｅ?Ｇｏｕｙ－Ｃｈａｐｍａｎ??ｍｏｄｅｌ?ａｎｄ?（ｃ）?ｔｈｅ?Ｓｔｅｍ?ｍｏｄｅｌ．??双电层电容器正是基于Ｓｔｅｍ模型发展起来的。如图１．３所示，在电容器充??电时，电解液中的正负离子在外电场的作用下定向移动，分别向负极和正极迀移，??在电极与电解液界面形成正负电荷层，这两个电荷层叫做双电层。在电容器放电??时，电荷的双电层排列被打破，电解液中正负离子迀移到溶液中
?料发生的高度可逆化学吸附／脱附或氧化还原反应实现电荷存储的“准电容”体系。??这类赝电容材料主要包括ＲｕＯｘ［３］，ＭｎＯｘ［４］以及一些导电聚合物。如图１．３，充电时，??电解液中活性离子首先在外电场作用下扩散迁移至电极材料与电解液界面处，再??通过可逆化学反应进入电极材料体相中。放电时，体相中离子通过逆向反应回到??电解液中，存储的电荷则通过外电路形成电流，从而放电。整个过程既包括双电??层电荷存储，也包括电解液中离子与材料体相发生的法拉第反应，能量存储量远大??于双电层电容。??Ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒ??Ｐｓｅｕｄｏｃａｐａｃｉｔｏｒｓ?ＥＤＬＣｓ??６）?Ｃｒ??＾？一?Ｌ?１??￣?Ｋｊ？如－？ｄ??Ｉ??ＩＩ?Ｋ；??ｅ￣?ｅ￣??■＇?■；?ｆｃ：：ｒ｜??？?－？？?？和?ｉ??＞Ｌｏｗ?Ｃ＇ａｐａｃｉｔａｉｉｃｅ??＞Ｈｉ〇ｈ?Ｒａｔｅ??图１．３超级电容器储能机理示意图??Ｆｉｇ．１．３?Ｅｎｅｒｇｙ?ｓｔｏｒａｇｅ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ｏｆ?ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒｓ．??１．２．３超级电容器电极材料研究进展??１．２．３．１碳材料??碳材料含量丰富、易制备、无毒、工作温度范围广，是最早也是目前研究和??应用最广的超级电容器电极材料，具有成本低、比表面积高、孔隙结构丰富、电??４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Carbon nanotubes for supercapacitors:Consideration of cost and chemical vapor deposition techniques[J]. Chao Zheng,Weizhong Qian,Chaojie Cui,Guanghui Xu,Mengqiang Zhao,Guili Tian,Fei Wei Department of Chemical Engineering,Tsinghua University,Beijing 100084,China. Journal of Natural Gas Chemistry. 2012(03)
博士论文
[1]层状双氢氧化物（LDHs）复合材料的构建及光催化性能研究[D]. 黄柱坚.华南理工大学 2014
[2]基于碳纳米管、层状双氢氧化物的聚合物纳米复合材料的制备、结构与性能研究[D]. 黄舒.复旦大学 2011
[3]层状双金属氢氧化物催化生长碳基材料及其电化学性能研究[D]. 张璐.北京化工大学 2010
[4]钴铝双氢氧化物层状材料的制备、表征及电容性能研究[D]. 苏凌浩.南京航空航天大学 2009
[5]层状双金属氢氧化物及氧化物的可控制备和应用研究[D]. 赵芸.北京化工大学 2002
硕士论文
[1]钴铝双金属氢氧化物的制备及电容性能研究[D]. 房继红.浙江大学 2013
[2]纳米层状双氢氧化物的制备及其电容性能研究[D]. 柏志君.天津大学 2008
[3]Sb/LDHs催化剂及层状双氢氧化物结构记忆性研究[D]. 刘媛.南京工业大学 2004
本文编号：3540993
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