金属氮氧化物复合材料的制备及其超级电容器性能研究

发布时间：2023-05-06 17:14

　　超级电容器,具有高功率密度、长循环寿命和优异的倍率性能等优点,在混合动力汽车和便携式电子产品等领域具有广阔的应用前景。然而,较低的能量密度限制了其大规模应用,因此大幅度提高器件的能量密度是超级电容器研究面临的主要挑战。根据超级电容器能量密度公式E=1/2 CV2,提高能量密度有两个有效途径,一是提高比容量C,二是提高电压窗口V。因此,本论文通过提高金属氮氧化物电极材料的比表面积和电导率,调控其形貌以及复合优化等策略,提高其比容量;利用制备对称超级电容器、非对称超级电容器以及锂离子超级电容器等手段,提高器件的电压窗口;并结合化学动力学分析以及第一性原理,对其机理进行了研究。主要研究工作如下:1、首次将多孔氮化镓(GaN)单晶薄膜材料作为超级电容器电极,制备的器件展现出了优异的倍率性能和功率密度,并提出了GaN薄膜的赝电容存储机理。通过电化学腐蚀法制备了多孔GaN单晶薄膜并研究了该材料的结晶质量、比表面积、结构稳定性和电导率。利用多孔GaN单晶薄膜制备的超级电容器具有非常高的功率密度(45 mW cm-2,1800 mW cm-3)和优异的循环性能(循环50000圈之后容量保持率为96%)...

【文章页数】：175 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 超级电容器概述
        1.2.1 超级电容器的发展历史
        1.2.2 超级电容器的发展前景
    1.3 超级电容器的工作原理及分类
        1.3.1 双电层超级电容器
        1.3.2 赝电容超级电容器
        1.3.3 对称超级电容器与非对称超级电容器
        1.3.4 锂离子超级电容器
    1.4 超级电容器电极材料
        1.4.1 碳材料
        1.4.2 导电聚合物
        1.4.3 金属氧化物
        1.4.4 金属氮化物
    1.5 本论文的选题依据和研究内容
        1.5.1 选题依据
        1.5.2 研究内容
    参考文献
第二章 多孔氮化镓晶体材料的制备及其超级电容器性能研究
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验材料与设备
        2.2.2 实验方法
        2.2.3 材料表征方法
        2.2.4 电化学测试方法
    2.3 材料的形貌与结构分析
        2.3.1 材料的形貌分析
        2.3.2 材料的结构分析
    2.4 材料的电化学性能研究
        2.4.1 三电极性能研究
        2.4.2 材料的存储机理研究
        2.4.3 两电极电化学性能研究
    2.5 本章小结
    参考文献
第三章 氮化镓纳米线/石墨纸复合材料的制备及其柔性超级电容器性能研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验试剂与设备
        3.2.2 实验方法
        3.2.3 表征方法
    3.3 复合材料的形貌与结构分析
        3.3.1 复合材料的形貌分析
        3.3.2 复合材料的结构分析
    3.4 复合材料的电化学性能研究
        3.4.1 复合材料的三电极性能研究
        3.4.2 复合材料的储能机理研究
        3.4.3 复合材料的两电极性能研究
    3.5 本章小结
    参考文献
第四章 氮化镓纳米片/氮氧化锰复合材料的制备及其超级电容器性能研究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 实验试剂与设备
        4.2.2 实验方法
        4.2.3 表征方法
    4.3 复合料料的形貌与结构分析
        4.3.1 复合材料的形貌分析
        4.3.2 复合材料的结构分析
    4.4 复合材料的电化学性能研究
        4.4.1 复合材料的三电极研究
        4.4.2 复合材料的电容贡献分析
        4.4.3 复合材料的两电极研究
    4.5 本章小结
    参考文献
第五章 过渡金属氮氧化物的制备及其非对称超级电容器性能研究
    5.1 引言
    5.2 实验内容
        5.2.1 实验试剂与设备
        5.2.2 实验方法
        5.2.3 材料的表征方法
    5.3 复合材料的形貌与结构分析
        5.3.1 复合材料的形貌分析
        5.3.2 复合材料的结构分析
    5.4 复合材料的电化学性能研究
        5.4.1 Co基复合材料的三电极性能研究
        5.4.2 TMONs材料的三电极性能研究
        5.4.3 复合材料的动力学定量分析
        5.4.4 复合材料的第一性原理计算分析
        5.4.5 复合材料的两电极性能研究
    5.5 本章小结
    参考文献
第六章 二元金属氮氧化物复合材料的制备及其锂离子超级电容器性能研究
    6.1 引言
    6.2 实验部分
        6.2.1 实验试剂与设备
        6.2.2 实验方法
        6.2.3 材料的表征方法
    6.3 复合材料的形貌与结构分析
        6.3.1 复合材料的形貌分析
        6.3.2 复合材料的结构分析
    6.4 复合材料的电化学性能研究
        6.4.1 复合材料的三电极性能研究
        6.4.2 复合材料的动力学定量分析
        6.4.3 复合材料的第一性原理计算分析
        6.4.4 正极材料的形貌结构和电化学性能研究
        6.4.5 锂离子电容器的电化学性能研究
    6.5 本章小结
    参考文献
第七章 总结与展望
    7.1 全文总结
    7.2 主要创新点
    7.3 后续工作展望
致谢
攻读博士学位期间取得的成果
附已发表论文两篇
学位论文评阅及答辩情况表



本文编号：3809304