非晶铁基化合物超级电容器电极材料的水热法制备及其电化学行为的研究

发布时间：2020-04-24 07:34

【摘要】：由于科学技术的发展,电能成为目前使用广泛的终端能源形态。但是其储能技术仍然是个难点,为了解决这个问题,各种技术层出不穷,主流的方向有锂电池,超导储能,超级电容器。本文章主要研究超级电容器电极的制备。超级电容器的本质是在电极表面储存大量电荷来达到储能的目的。为了储存大量电荷,各种形貌的电极被制备出来,本文选择铁基化合物材料作为基本研究对象。第一部分:通过一步水热法成功制备了Ni/FeOOH电极材料。同过探讨溶剂的组成以及比例,反应时间,反应温度对材料合成以及电化学性能的影响,得到了在水热条件下160 ~oC,8 h的最佳反应温度。随着反应温度的提高,材料的性能首先增高,随后又降低,在160 ~oC下得到最佳的材料。最后可知在2 A/g的条件下,材料的电化学性能是1300 F/g,在4 A/g的条件下材料的循环稳定性是91%。电化学阻抗是1.13?。第二部分:通过一步水热法成功制备了Ni/GR/FeOOH电极材料,其次利用上述最佳实验方案加入不同浓度的石墨烯,得到最佳实验浓度是5 g/L。随着浓度的增加,材料的性能先增加,后减小,得到材料的最佳性能是2400 F/g(电流密度为2 A/g),可以看到引入石墨烯后材料的性能几乎呈几何倍数增加。材料的循环稳定性在4 A/g的条件下达到了92.5%。而且电化学阻抗是1.04?,比之前的Ni/FeOOH电极材料减小了20%,这也从一个侧面反映了该材料的良好电化学性能。第三部分:采用一步水热法合成了Ni-Fe双金属氢氧化物电极材料,从材料的SEM图上可以看到形成了明显的层状结构。在2A/g的电流密度下,测得材料的比电容为854 F/g。在4 A/g的条件下,循环稳定性是89%。电化学阻抗测试得1.21?,总体性能良好。
【图文】：

超级电容器,基本结构

图 1.1 超级电容器的基本结构Figure 1.1Abasic structure of supercapacitor器其基本结构主要由电极（electrode）、电解质(el，如图 1.1 所示。两个电极一正一负分别置于电其内部短路。按照产生能量的原理超级电容器可层超级电容器[18]。目前，商业上大多生产基于双是超级电容器中最重要的组成部分，超级电容器大量电荷，产生电容。目前基于超级电容器电极材料将在 1.4 节单独列出。电极主要工作在电解电能，因此对电极活性物质的基本要求有：具解液不发生化学反应，和集电极有良好的相容性定性高。

过程图,双电层,工作原理,过程

图 1.2 双电层的工作原理示意图，从左到右依次是充电和放电的过程Figure 1.2 Principle of double layer supercapacitor, from left to right is charge and discharge最早是由亥姆霍兹（Helmholtz）提出第一个理论上的双电层电容模型，原理如图 1.2 所示。从图中可以看到在电极的界面上形成了一个紧凑的双电层，称为界面双电层，，该双电层产生的主要原因是在该界面上有一个阻挡层，阻止了两层电荷跨越边界发生相互中和[28]。双电层电容器通过使用电极/电解质界面的双电层来储存电荷。在库仑力，分子间力和原子间力等各种力的共同作用下，固-液界面看起来稳定且符号相反。现在假设电容器上两个电极上的电位都是 φ0，当双电层电容器充电时，一个电极的电位上升到 φ0 +φ1，而另一个电极的电位则降低至 φ0-φ1，从而储存电荷。理论上只要 φ0 +φ1的电位值不超过该电极上双电层的分解电压，就能在电极表面形成双电层。在放电期间，电子通过外部电路上的负载从负电极流动到正电极，使得两个电极上的电势重新恢复到 φ0，这样导致电解质中的正负离子全部脱离负极和正极的吸引，并最终重新进入电解质内部。双电层电容器的电容量可表示为：
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM53;TB34

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