钼基超级电容器电极材料的制备及其电化学性能的研究

发布时间：2017-10-22 09:13

  本文关键词：钼基超级电容器电极材料的制备及其电化学性能的研究

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【摘要】：由于传统化石燃料的消耗和石油资源的日益短缺,以及化石燃料的燃烧带来的环境问题,在未来几年不可再生资源的利用将会大幅度的下降,选择可再生能源,开发环境友好型的新的能量转换和存储设备非常重要。超级电容器作为一种介于传统电容器和锂离子电池之间的新型能量转换及存储设备,具有快速充放电、循环寿命长、原料丰富、对环境无污染等优点,得到了广泛关注和研究,而电极材料是影响超级电容器电化学性能的关键因素。其中钼基电极材料由于具有特殊的结构、原料丰富、较高的理论比电容、易制备、对环境无污染等优点,是超级电容器领域使用较多的电极材料,但其循环性能差、研究的比电容与理论值还相差很多。本论文主要以提高比电容为出发点,通过与金属复合物掺杂的方法,以Co3O_4、NiMoO_4、FeS_2为研究对象,制备了钼基复合电极材料。通过XRD、SEM等表征手段对其形貌和微观结构进行了分析,通过循环伏安、交流阻抗、恒电流充放电等测试方法考察了其复合物电极材料的电化学性能,为钼基电极材料的发展进行了有益探索。主要研究内容如下:(1)采用水热法制备了Co3O_4电极材料,又用电化学沉积法在Co3O_4表面负载MoO2,制备了Co3O_4@MoO2纳米复合材料。电化学测试表明,Co3O_4@MoO2纳米复合材料的比电容大于单一的MoO2和Co3O_4的电容量。交流阻抗图显示MoO2与Co3O_4形成复合材料后,导电性大大提高,内阻减小,循环性能测试表明Co3O_4@MoO2经过1000次循环之后电容仍能维持到原电容的83%。还考察了沉积时不同的电流制备的Co3O_4@MoO2纳米复合材料的电化学性能以及Al掺杂对制备的Co3O_4@MoO2纳米复合材料电化学性能的影响。(2)采用水热法制备了NiMoO_4纳米材料,又用电化学沉积法在NiMoO_4纳米材料上负载Ni(OH)_2,成功制备了NiMoO_4@Ni(OH)_2纳米复合材料。首先,考察了不同水热时间制得的NiMoO_4的电化学性能,经过电化学测试得出水热时间为1 h制得的NiMoO_4电化学性能较好。又通过考察不同电沉积时间得到的NiMoO_4@Ni(OH)_2纳米复合材料的电化学性能,得出沉积时间为30 min制得的复合材料具有较高的比电容,且电容高于单一的NiMoO_4纳米材料,循环性能测试表明NiMoO_4@Ni(OH)_2经过200次循环之后比电容保持率为64%。将得到的NiMoO_4@Ni(OH)_2纳米复合材料煅烧得到NiMoO_4@NiO,电化学测试表明负载过NiO之后其电容也比单一的NiMoO_4高。(3)关于FeS_2在超级电容器的报道还很少,本论文用水热法成功制备了Mo掺杂FeS_2复合纳米材料,通过不同的反应温度、反应时间、反应物的配比制备出不同性能的Mo掺杂FeS_2。通过电化学测试得到水热反应为160℃、24 h且FeSO_4·7H2O和NiMoO_4·4H2O的摩尔比为10:3时,Mo掺杂FeS_2电化学性能较好,电容最大为542.5F g-1,高于单一的FeS_2(322.14 F g-1)。
【关键词】：超级电容器 钼基复合电极材料 水热法 电沉积法 电化学性能
【学位授予单位】：河南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM53
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-28
• 1.1 引言12-13
• 1.2 超级电容器的概述13-18
• 1.2.1 超级电容器的分类及工作原理13-14
• 1.2.2 超级电容器的结构及性能指标14-18
• 1.2.3 超级电容器的应用及发展前景18
• 1.3 超级电容器电极材料的研究进展18-25
• 1.3.1 电极材料的主要制备方法18-19
• 1.3.2 电极材料的分类19-22
• 1.3.3 钼基电极材料研究现状22-25
• 1.4 本论文的选题依据及主要研究内容25-26
• 1.4.1 选题依据25-26
• 1.4.2 主要研究内容26
• 1.5 本论文的创新点26-28
• 第二章 实验试剂、仪器以及表征方法28-34
• 2.1 主要试剂与仪器28-29
• 2.1.1 实验主要试剂28-29
• 2.1.2 实验设备及主要仪器29
• 2.2 电极的制备29
• 2.3 电极材料形貌结构的表征29-30
• 2.3.1 X射线表征（XRD）29-30
• 2.3.2 扫描电子显微镜表征（SEM）30
• 2.4 电极材料电化学性能的表征30-32
• 2.4.1 实验装置30-31
• 2.4.2 循环伏安测试法（CV）31
• 2.4.3 恒电流充放电测试法（CP）31
• 2.4.4 交流阻抗测试法（EIS）31-32
• 2.4.5 循环性能测试32
• 2.5 小结32-34
• 第三章 Co_3O_4@MoO_2复合纳米阵列的合成与研究34-48
• 3.1 引言34
• 3.2 实验部分34-36
• 3.2.1 Co_3O_4@MoO_2复合材料的合成34-35
• 3.2.2 材料的电化学性能测试35-36
• 3.3 结果与讨论36-47
• 3.3.1 电极材料的XRD表征36-37
• 3.3.2 电极材料的SEM表征37
• 3.3.3 Co_3O_4@MoO_2复合材料的电化学性能测试37-44
• 3.3.4 Co_3O_4@Al_2O_3@MoO_2复合材料的电化学性能测试44-47
• 3.4 小结47-48
• 第四章 NiMoO_4及其复合材料纳米阵列的合成与研究48-62
• 4.1 引言48
• 4.2 实验方法48-49
• 4.2.1 NiMoO_4以及其复合材料（NiMoO_4@Ni(OH)_2、NiMoO_4@NiO）的合成48-49
• 4.2.2 材料的电化学测试49
• 4.3 结果与讨论49-59
• 4.3.1 电极材料的XRD表征49-50
• 4.3.2 电极材料的SEM表征50-51
• 4.3.3 不同水热时间制备的NiMoO_4的电化学性能测试51-54
• 4.3.4 不同电沉积时间制备的NiMoO_4@Ni(OH)_2 复合材料的电化学性能测试54-57
• 4.3.5 NiMoO_4@NiO复合材料的电化学性能测试57-59
• 4.4 小结59-62
• 第五章 钼掺杂二硫化铁复合纳米材料的合成与研究62-74
• 5.1 引言62
• 5.2 实验方法62-63
• 5.2.1 钼掺杂二硫化铁复合纳米材料的合成62
• 5.2.2 钼掺杂二硫化铁复合纳米材料电极的制备62-63
• 5.2.3 材料的电化学测试63
• 5.3 结果与讨论63-72
• 5.3.1 电极材料的XRD表征63-64
• 5.3.2 电极材料的SEM表征64
• 5.3.3 水热温度对钼掺杂二硫化铁复合纳米材料电化学性能的影响64-67
• 5.3.4 水热时间对钼掺杂二硫化铁复合纳米材料电化学性能的影响67-69
• 5.3.5 不同的钼掺杂量对二硫化铁复合纳米材料电化学性能的影响69-72
• 5.4 小结72-74
• 结论74-78
• 参考文献78-88
• 致谢88-89
• 攻读学位期间发表的学术论文89-90
• 个人简历90

【参考文献】

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本文编号：1077698