碳化钛/过渡金属氧化物复合材料的合成及其储能性能

发布时间：2022-09-17 12:18

　　新兴电动汽车和国家电网储存领域需要更高能量密度的储存器件,寻求高性能的化学储能材料已成为热点课题,其中,过渡金属氧化物因其较高的比容量、环境友好等特点,在超级电容器和二次电池领域具有重要的应用前景。本文针对过渡金属氧化物在储能领域应用中存在循环性能差、倍率性能低等不足进行改性,将过渡金属氧化物与具有良好导电性的碳化钛纳米线进行复合,构筑一种核壳结构纳米复合体,有效改善了电化学储能性能,主要研究结果如下:采用碳热还原法合成TiC纳米线,然后利用化学浴沉积使NiO纳米片沉积到TiC纳米线上,构成核壳结构。制得的TiC@NiO复合材料表现出优异的超电容性能,在1 A/g电流密度下比电容量达到560 F/g,随着电流密度的增加,在20 A/g电流密度下仍有425 F/g,容量保持率达76%,具有良好的结构稳定性;在20 A/g电流密度下循环5000次后比电容量仍有312 F/g,远高于相同条件下制备的NiO电极材料。采用水热法制备核壳结构TiC@Co₃O₄,重点讨论了水热反应时间对材料电化学性能的影响。结果表明,水热6 h后得到的复合材料超电容性能最... 

【文章页数】：87 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 超级电容器的简介
        1.2.1 超级电容器的特性
        1.2.2 超级电容器的组成
    1.3 超级电容器的分类
        1.3.1 双电层电容器
        1.3.2 法拉第赝电容器
    1.4 超级电容器的应用
    1.5 超级电容器电极材料的研究进展
        1.5.1 碳材料
        1.5.2 导电聚合物材料
        1.5.3 金属氧化物/氢氧化物材料
    1.6 混合超级电容器简介
    1.7 选题依据及主要研究内容
第二章 实验方法及测试
    2.1 实验试剂及仪器
        2.1.1 实验试剂
        2.1.2 实验仪器
    2.2 材料的制备
        2.2.1 碳热还原法制备碳化钛纳米线
        2.2.2 核壳结构碳化钛/过渡金属氧化物的复合
    2.3 材料的结构测试与表征
        2.3.1 X射线衍射分析（XRD）
        2.3.2 扫描电子显微分析（SEM）
    2.4 材料电化学性能测试
        2.4.1 工作电极片的制备
        2.4.2 超级电容器的组装
        2.4.3 循环伏安测试
        2.4.4 恒电流充放电测试
        2.4.5 电化学阻抗谱测试
第三章 核壳结构TiC@NiO的制备及其超电容性能研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 碳化钛纳米线的制备及预处理
        3.2.2 核壳结构TiC@NiO的制备
        3.2.3 NiO的制备
    3.3 实验结果与讨论
        3.3.1 碳化钛纳米线的物相分析和结构表征
        3.3.2 核壳结构TiC@NiO和纯NiO的物相分析和结构表征
        3.3.3 核壳结构TiC@NiO和纯NiO的电化学性能
    3.4 本章小结
第四章 核壳结构TiC@Co_3O_4的制备及超电容性能研究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 碳化钛纳米线的制备及预处理
        4.2.2 核壳结构TiC@Co_3O_4的制备
        4.2.3 Co_3O_4的制备
    4.3 实验结果与讨论
        4.3.1 核壳结构TiC@Co_3O_4和纯Co_3O_4的物相分析和结构表征
        4.3.2 核壳结构TiC@ Co_3O_4和纯Co_3O_4的电化学性能
    4.4 本章小结
第五章 核壳结构TiC@Co_3O_4的制备及储锂性能
    5.1 引言
    5.2 实验部分
        5.2.1 碳化钛纳米线的制备及预处理
        5.2.2 核壳结构TiC@Co_3O_4的制备
        5.2.3 Co_3O_4的制备
    5.3 实验结果与讨论
        5.3.1 核壳结构TiC@Co_3O_4和纯Co_3O_4的物相分析和结构表征
        5.3.2 核壳结构TiC@Co_3O_4和纯Co_3O_4的电化学性能
    5.4 本章小结
第六章 总结
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]Green synthesis of MnOx nanostructures and studies of their supercapacitor performance[J]. Wei Du,Xiaoqian Xu,Di Zhang,Qingyi Lu,Feng Gao.  Science China Chemistry. 2015(04)
[2]导电聚合物超级电容器电极材料[J]. 涂亮亮,贾春阳.  化学进展. 2010(08)
[3]炭钌复合电极碱性电化学电容器的研究(英文)[J]. 苏岳锋,吴锋,包丽颖,杨朝晖.  新型炭材料. 2007(01)
[4]Performance of a combined capacitor based on ultrafine nickel oxide/carbon nanotubes composite electrodes[J]. Xiaofeng Wang , Yanqiu Cao , Yiqiang Lu, Qiqian Sha , and Ji Liang Department of Mechanical Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China Applied Science School, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China.  Journal of University of Science and Technology Beijing（English Edition）. 2004(06)
[5]电化学电容器的特点及应用[J]. 张治安,邓梅根,胡永达,杨邦朝.  电子元件与材料. 2003(11)



本文编号：3679209