过渡金属硒化物电极材料的制备、表征及其在超级电容器中的应用

发布时间：2020-08-14 10:43

【摘要】：近年来,随着生活水平的提高,人们对于超级电容器技术的研究越来越成熟,而小体积、大容量的超级电容器得到快速发展。为了能够使超级电容器像锂离子电池一样大范围使用,提高它的能量密度是必不可少的过程。而扩宽它的电压窗口与提高比容量是提高能量密度的有效途径。本文就通过制备特殊形貌的过渡金属硒化物电极材料,研究其结构与性能的关系来探索提高能量密度的方法。因此,我们采用简单的一步溶剂热方法制备了具有非化学计量数配比的过渡金属硒化物电极材料,并对电极材料进行形貌、结构表征和电化学性能测试,主要工作开展如下:1、在没有任何表面活性剂和模板的情况下,通过一步溶剂热法成功合成了具有均匀形貌的Ni_(0.85)Se纳米颗粒。对制备的Ni_(0.85)Se纳米粒子采用XRD、SEM、TEM、XPS和BET表征,发现以苯甲醇为溶剂制备的Ni_(0.85)Se纳米颗粒形貌均一,直径大概在30 nm左右,并对制备的Ni_(0.85)Se纳米颗粒进行电化学性能测试表明,Ni_(0.85)Se纳米粒子显示出高比容量和优异的倍率性能。在电流密度为1 A g~(-1)时,比容量高达114.6 mA h g~(-1)。在5 A g~(-1)电流密度下,经过5000次的循环充放电试验,拥有73.9%的电容保留率,展示了良好的循环稳定性能。2、在没有任何表面活性剂和模板的情况下,通过一步混合溶剂热法成功合成了超薄的Co_(0.85)Se纳米片,对制备的Co_(0.85)Se纳米片采用XRD、SEM进行表征发现在V_(DETA):V_(DMF)=2:1时制备的Co_(0.85)Se-1纳米片不仅很薄,而且拥有丰富的孔洞。对制备的样品进行电化学性能测试发现,电流密度从1 A g~(-1)到10 A g~(-1)时电容保留率为73.2%。结果表明Co_(0.85)Se-1纳米片有极好倍率性能。3、把合成的Ni_(0.85)Se纳米粒子和多孔超薄的Co_(0.85)Se-1纳米片作为正极材料,活性炭作为负极材料,以KOH溶液(2 M)作为电解液,组装成超级电容器器件,并对组装的器件进行电化学性能测试。发现Ni_(0.85)Se//AC ASC和Co_(0.85)Se-1//AC ASC都表现出优异的电化学性能。然后把超级电容器器件当作LED灯的电源,连接成一个完整的电路回路,发现LED灯能够发光。
【学位授予单位】：西北民族大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ125.2;TM53
【图文】：

超级电容器,结构示意图

枯竭和环境污染是人类社会可持续发展中最严重的问题。大量油和天然气等不可再生能源已引发一系列环境问题，如温等[1]。寻找绿色的、可再生的清洁能源，能够有效的解决这些能、潮汐能、地热能等自然可再生能源虽然被称为清洁能源地方，供应的不连续性，无法进行大规模开采及使用。因此们大量研究使用，例如：锂离子电池，、燃料电池和超级电容电容器(Supercapacitors),也叫做电化学电容器，是传统静电电液界面电化学过程能量存储的二次电池之间的新型存储装置高能量密度，长循环寿命，宽工作温度范围和环境保友好等电电容器的高功率输出和二次电池的高能量存储容量之间的如今，超级电容器被认为是最具有潜力的能量存储设备，已经疗、国防、交通、航空航天等领域得到越来越广泛的应用。电容器的组成是：正极、负极两个电极、电解液、集流体和隔 1-1 所示

示意图,导电聚合物,过程,示意图

西北民族大学硕士学位论文容，以存储或释放电荷[8]。赝电容器材料的储存方法主要包9]：离子的可逆吸附；电解液离子参与的氧化还原反应；导化学掺杂和去掺杂。化合物(MnO2，RuO2等)离子的可逆吸附和氧化还原机理一作用下，电解质中的离子(主要是 H+或 OH-)从溶液扩散到界在该界面中发生电化学反应以进一步进入电极表面活性材料电解液：MOx+ H++ e-→ MOx-1(OH) 电解液：MOx+ OH-- e-→ MOx(OH) 聚合物是在充电/放电期间通过快速可逆的 n 型(或 p 型)掺doping)氧化还原反应来储存赝电容。导电聚合物的掺杂/去以由图 1-3 所示。

比较图,储能器件,能量密度,功率密度

igure 1-4 Ragone plot for commonly available energy storage dev图 1-4 不同储能器件的能量密度和功率密度比较图：超级电容器在它的工作电压范围进行充放电过程是一次的充放电循环中能量以热的形式损失非常小且能意味着超级电容器具有较高的循环效率。超级电容器中完全可逆，在每个充电和放电循环中，能量以热的快。这就说明超级电容器具有高循环稳定性。速度快：超级电容器在充电时可以在几秒或者几分钟内期长：超级电容器长时间放置会发生自放电现象导致然可以存储电容并可以重新充电以恢复其原始状态。温度范围广：超级电容器有效工作温度为-40-80℃，尤度下，仍能有效的工作。环使用：寿命长，可至少进行几千次至十万次充放电。友好：绿色环保，其材料无毒、安全性高。

【参考文献】