铁系磷酸盐的合成及其在超级电容器中的应用
发布时间：2020-12-17 10:58
由于同时具有较高的能量密度和高功率密度、充放电速度快、循环寿命长等优势,超级电容器受到人们的重视并被积极发展。电极材料是影响超级电容器性能的最关键因素之一,近年来,铁系金属磷酸盐作为电极材料受到广泛关注。铁系金属磷酸盐的结构稳定、电化学行为丰富、成本低、自然资源丰富,但微纳结构的铁系金属磷酸盐及其复合磷酸盐的合成条件苛刻,且很少有关于二维铁系磷酸盐及其复合磷酸盐的报道。本论文采用水热法和醇-水混合溶剂热法对微纳结构铁系磷酸盐的生长机理等进行研究与探讨,并以单金属铁系磷酸盐为基础,探索合成复合铁系磷酸盐,尤其关注二维铁系磷酸盐及其复合磷酸盐。初步探究各类铁系磷酸盐微纳米材料在超级电容器中的应用,研究成果将为铁系磷酸盐微纳米材料的合成及其在超级电容器中的应用提供理论基础。研究内容包含以下五个部分:1.二维片状偏磷酸铁的合成及其在超级电容器中的应用采用简单的一步水热法成功制备了二维片状偏磷酸铁（Fe（PO3）3）,分别探究反应物中不同酒石酸钠的量、溶剂量、磷源与铁源的质量比对产物化学组成和形貌的影响,并在三电极体系下探究了不同组成和形貌电极材料的电化学电容性能。其中,所制备的片状Fe（PO3...
【文章来源】：扬州大学江苏省
【文章页数】：149 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１．超级电容器基本构造简图
???荷。由于异种电荷互相吸引，即使电场被撤去后，双电层也能稳定存在。放电时，电??子在电势差的作用下发生定向移动形成电流，同时吸附在电极表面的阴阳离子回到本??体电解液中，双电层解体。??１：：：?ｆ：１Ｍ??电解液，?—??．．，Ｔ——，?，．??＿ｉ?；?；?Ｊ??１?ＥＤＬＣ?：?ｊ?Ｊ＿??ｉＳ?ＣｐＤ＋＜Ｐｌ｜＾Ｓ?｜＜ｊ９ｄ－＜Ｐｉ??Ｉ?ｉ?Ｉ?通??．?．?．?■?？?－?？?？??未充电时的电势?充电时的电势??图１－２．双电层超级电容器的储能机理图【２３］。??双电层的储能机理决定了其稳定、快速、功率密度高、安全的特性［２５￣２６］。双电层??超级电容器的电极材料一般为各种类型的碳材料，包括活性碳［２７，２８］、碳纳米管［２９？］、??碳气凝胶［３２３３］和碳纤维［３４３５］等。高比表面积的活性炭或具有极好的中孔性能和优异导??电性的碳纳米管经过成型处理，可制备活性炭电极或碳纳米管电极。先将碳材料制备??成凝胶，再经过炭化活化可以得到碳气凝胶电极材料。??ｂ．法拉第赝电容超级电容器??法拉第赝电容器主要通过活性电极材料和电解质发生可逆氧化还原反应，电吸附??或嵌入过程引起法拉第电荷转移效应，从而实现能量的转换与存储［３６］。目前研究的赝??电容主要来自于过渡金属化合物的氧化还原反应［３７４（）１和导电聚合物的掺杂／脱掺杂过程??［４Ｍ３】。在两电极上施加电场进行充电时，电极表面聚集的阴阳离子经过氧化还原反应??进入到电极表面活性材料的体相中，以实现电荷的储存。放电时，所储存的电荷通过??外电路被释放，进入活性材料中的离子通过以上氧化还原反应的逆反
?扬州大学博士学位论文???密度为４２０?Ｗ?ｋｇ－１时其能量密度为３２．６?Ｗｈ?ｋｇ－１。??１．３．２钴基磷酸盐在超级电容器中的应用??酸幽＿??■＿??．．?Ｃｕｒｅ＾ｅｔｅｎｓｉｔｙＣＡｇ１）??图１－３．亚憐酸钴微结构：（ａ，ｂ的内图）扫描电子显微镜图，（ｂ）在电流密度１．２５?Ａ?ｇ＿１下充放电循??环３０００次的比电容变化图；超薄ＣｏＨＰ０４ｄＨ２０纳米片：（ｃ，ｄ的内图）扫描电子显微镜图，（ｄ）在??电流密度ＵＡｇ－１下恒电流充放电３０００次的循环稳定性图；（ｅ）微米花状的ＮＨ４ＣｏＰＣＶＨ２０和（ｆ）??Ｃｏ２Ｐ２０７的扫描电子显微镜图；（ｇ）花状Ｃｏ２Ｐ２０７?（Ｐ５）的电流密度－比电容图；ＮＨ４ＣｏＰ〇４＿Ｈ２０微束??的（ｈ）扫描电子显微镜图，（ｉ）电流密度－比电容图。??庞欢教授在温和的水热条件下成功合成了亚磷酸钴（ＣｏＷＨＰＯｓＭＯＨＫ）微结构［９１］，??如图１－３?（ａ）的扫描电子显微镜（ＳＥＭ）图所示，该微结构由许多均匀的宽１００?ｎｍ，长２０－??３０?ｐｍ的超长纳米带组成。三电极体系下，以３．０?ＭＫＯＨ溶液为电解液，在１．２５?Ａ?ｇ－１??的电流密度下，该Ｃ〇１１（ＨＰ０３）８（ＯＨ）６微结构的比电容为３１２?Ｆ?ｇ－１。如图１－３?（ｂ）所示，??在１．２５?Ａｇ－１的电流密度下恒电流充放电循环３０００次后，其比容量保持率约为８９．４?％，??１０??
【参考文献】：
期刊论文
[1]双电层材料下的柔性超级电容器电极分析[J]. 高玉双,段泉滨,赵程,张静. 科技创新导报. 2019(29)
[2]超级电容器研究进展[J]. 肖谧,宿玉鹏,杜伯学. 电子元件与材料. 2019(09)
[3]电解质在超级电容器中的应用[J]. 易锦馨,霍志鹏,Abdullah M.Asiri,Khalid A.Alamry,李家星. 化学进展. 2018(11)
[4]多级纳米结构过渡金属氧化物作为超级电容器电极材料的应用（英文）[J]. 郑明波,肖潇,李露露,顾鹏,戴晓,唐浩,胡钦,薛怀国,庞欢. Science China Materials. 2018(02)
[5]铁基超级电容器电极材料及器件[J]. 潘伟,梁晰童,陈昆峰,张牧,孙旭东,薛冬峰. 河南大学学报(自然科学版). 2016(05)
[6]电化学储能技术标准体系研究[J]. 许守平,胡娟,汪奂伶,惠东,侯朝勇. 智能电网. 2016(09)
[7]Simple synthesis of novel phosphate electrode materials with unique microstructure and enhanced supercapacitive properties[J]. Maocheng Liu,Jiajia Li,Wei Han,Long Kang. Journal of Energy Chemistry. 2016(04)
博士论文
[1]二维层状Ti3C2的结构设计及其电化学性能研究[D]. 李璐.哈尔滨工业大学 2019
[2]钒基超级电容器电极材料的可控合成及其性能研究[D]. 严延.扬州大学 2018
[3]过渡族双金属氧化物铁酸镍的可控合成及其赝电容性质的研究[D]. 张馨洋.吉林大学 2018
[4]过渡金属氧化物晶体结构调控在能量存储中的应用[D]. 李英奇.吉林大学 2018
[5]新型层状纳米复合材料的制备及超级电容器性能研究[D]. 陈宁娜.南京大学 2018
[6]新型赝电容材料的制备及其在柔性超级电容器中的应用[D]. 张一洲.南京邮电大学 2016
[7]水热条件下铜的氧化物和硫化物形貌的可控合成及其催化性质的研究[D]. 张红丹.吉林大学 2016
[8]二维功能性纳米材料的电学行为调制及其在电化学能源存储中的应用[D]. 卢秀利.中国科学技术大学 2016
[9]高性能电极材料及新型非对称超级电容器的研究[D]. 赵翠梅.吉林大学 2014
[10]新型二维层状纳米材料及其三维网络结构的制备与电化学储能的研究[D]. 曹六俊.重庆大学 2014
硕士论文
[1]Fe/Co/Ni基金属化合物纳米材料的制备及其电化学性能研究[D]. 李佩颖.哈尔滨工业大学 2019
[2]高性能二氧化锰基微型储能器件的研究[D]. 赖文辉.清华大学 2018
[3]镍钴基磷酸盐材料的制备及其电容性能[D]. 彭筱.新疆大学 2018
[4]铁基磷酸盐体系钠离子电池电极材料的制备及性能研究[D]. 张辉.华南理工大学 2018
[5]铁镍二元金属氧化物纳米材料超级电容器的电化学性能探究[D]. 梅俊峰.兰州大学 2018
[6]高电导率金属磷化物电极材料的制备及储能特性研究[D]. 胡玉梅.兰州理工大学 2017
[7]钴镍磷酸盐形貌可控合成及其电化学性能研究[D]. 陈朝阳.燕山大学 2016
[8]水系不对称超级电容器高性能氧化铁基负极材料的设计与研究[D]. 唐啸.南京理工大学 2016
[9]二维层状复合电极材料的制备及其超电性能的研究[D]. 尤春琴.宁夏大学 2016
[10]铁基超级电容器电极材料的研究[D]. 彭晓阳.东北大学 2015
本文编号：2921923
【文章来源】：扬州大学江苏省
【文章页数】：149 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１．超级电容器基本构造简图
???荷。由于异种电荷互相吸引，即使电场被撤去后，双电层也能稳定存在。放电时，电??子在电势差的作用下发生定向移动形成电流，同时吸附在电极表面的阴阳离子回到本??体电解液中，双电层解体。??１：：：?ｆ：１Ｍ??电解液，?—??．．，Ｔ——，?，．??＿ｉ?；?；?Ｊ??１?ＥＤＬＣ?：?ｊ?Ｊ＿??ｉＳ?ＣｐＤ＋＜Ｐｌ｜＾Ｓ?｜＜ｊ９ｄ－＜Ｐｉ??Ｉ?ｉ?Ｉ?通??．?．?．?■?？?－?？?？??未充电时的电势?充电时的电势??图１－２．双电层超级电容器的储能机理图【２３］。??双电层的储能机理决定了其稳定、快速、功率密度高、安全的特性［２５￣２６］。双电层??超级电容器的电极材料一般为各种类型的碳材料，包括活性碳［２７，２８］、碳纳米管［２９？］、??碳气凝胶［３２３３］和碳纤维［３４３５］等。高比表面积的活性炭或具有极好的中孔性能和优异导??电性的碳纳米管经过成型处理，可制备活性炭电极或碳纳米管电极。先将碳材料制备??成凝胶，再经过炭化活化可以得到碳气凝胶电极材料。??ｂ．法拉第赝电容超级电容器??法拉第赝电容器主要通过活性电极材料和电解质发生可逆氧化还原反应，电吸附??或嵌入过程引起法拉第电荷转移效应，从而实现能量的转换与存储［３６］。目前研究的赝??电容主要来自于过渡金属化合物的氧化还原反应［３７４（）１和导电聚合物的掺杂／脱掺杂过程??［４Ｍ３】。在两电极上施加电场进行充电时，电极表面聚集的阴阳离子经过氧化还原反应??进入到电极表面活性材料的体相中，以实现电荷的储存。放电时，所储存的电荷通过??外电路被释放，进入活性材料中的离子通过以上氧化还原反应的逆反
?扬州大学博士学位论文???密度为４２０?Ｗ?ｋｇ－１时其能量密度为３２．６?Ｗｈ?ｋｇ－１。??１．３．２钴基磷酸盐在超级电容器中的应用??酸幽＿??■＿??．．?Ｃｕｒｅ＾ｅｔｅｎｓｉｔｙＣＡｇ１）??图１－３．亚憐酸钴微结构：（ａ，ｂ的内图）扫描电子显微镜图，（ｂ）在电流密度１．２５?Ａ?ｇ＿１下充放电循??环３０００次的比电容变化图；超薄ＣｏＨＰ０４ｄＨ２０纳米片：（ｃ，ｄ的内图）扫描电子显微镜图，（ｄ）在??电流密度ＵＡｇ－１下恒电流充放电３０００次的循环稳定性图；（ｅ）微米花状的ＮＨ４ＣｏＰＣＶＨ２０和（ｆ）??Ｃｏ２Ｐ２０７的扫描电子显微镜图；（ｇ）花状Ｃｏ２Ｐ２０７?（Ｐ５）的电流密度－比电容图；ＮＨ４ＣｏＰ〇４＿Ｈ２０微束??的（ｈ）扫描电子显微镜图，（ｉ）电流密度－比电容图。??庞欢教授在温和的水热条件下成功合成了亚磷酸钴（ＣｏＷＨＰＯｓＭＯＨＫ）微结构［９１］，??如图１－３?（ａ）的扫描电子显微镜（ＳＥＭ）图所示，该微结构由许多均匀的宽１００?ｎｍ，长２０－??３０?ｐｍ的超长纳米带组成。三电极体系下，以３．０?ＭＫＯＨ溶液为电解液，在１．２５?Ａ?ｇ－１??的电流密度下，该Ｃ〇１１（ＨＰ０３）８（ＯＨ）６微结构的比电容为３１２?Ｆ?ｇ－１。如图１－３?（ｂ）所示，??在１．２５?Ａｇ－１的电流密度下恒电流充放电循环３０００次后，其比容量保持率约为８９．４?％，??１０??
【参考文献】：
期刊论文
[1]双电层材料下的柔性超级电容器电极分析[J]. 高玉双,段泉滨,赵程,张静. 科技创新导报. 2019(29)
[2]超级电容器研究进展[J]. 肖谧,宿玉鹏,杜伯学. 电子元件与材料. 2019(09)
[3]电解质在超级电容器中的应用[J]. 易锦馨,霍志鹏,Abdullah M.Asiri,Khalid A.Alamry,李家星. 化学进展. 2018(11)
[4]多级纳米结构过渡金属氧化物作为超级电容器电极材料的应用（英文）[J]. 郑明波,肖潇,李露露,顾鹏,戴晓,唐浩,胡钦,薛怀国,庞欢. Science China Materials. 2018(02)
[5]铁基超级电容器电极材料及器件[J]. 潘伟,梁晰童,陈昆峰,张牧,孙旭东,薛冬峰. 河南大学学报(自然科学版). 2016(05)
[6]电化学储能技术标准体系研究[J]. 许守平,胡娟,汪奂伶,惠东,侯朝勇. 智能电网. 2016(09)
[7]Simple synthesis of novel phosphate electrode materials with unique microstructure and enhanced supercapacitive properties[J]. Maocheng Liu,Jiajia Li,Wei Han,Long Kang. Journal of Energy Chemistry. 2016(04)
博士论文
[1]二维层状Ti3C2的结构设计及其电化学性能研究[D]. 李璐.哈尔滨工业大学 2019
[2]钒基超级电容器电极材料的可控合成及其性能研究[D]. 严延.扬州大学 2018
[3]过渡族双金属氧化物铁酸镍的可控合成及其赝电容性质的研究[D]. 张馨洋.吉林大学 2018
[4]过渡金属氧化物晶体结构调控在能量存储中的应用[D]. 李英奇.吉林大学 2018
[5]新型层状纳米复合材料的制备及超级电容器性能研究[D]. 陈宁娜.南京大学 2018
[6]新型赝电容材料的制备及其在柔性超级电容器中的应用[D]. 张一洲.南京邮电大学 2016
[7]水热条件下铜的氧化物和硫化物形貌的可控合成及其催化性质的研究[D]. 张红丹.吉林大学 2016
[8]二维功能性纳米材料的电学行为调制及其在电化学能源存储中的应用[D]. 卢秀利.中国科学技术大学 2016
[9]高性能电极材料及新型非对称超级电容器的研究[D]. 赵翠梅.吉林大学 2014
[10]新型二维层状纳米材料及其三维网络结构的制备与电化学储能的研究[D]. 曹六俊.重庆大学 2014
硕士论文
[1]Fe/Co/Ni基金属化合物纳米材料的制备及其电化学性能研究[D]. 李佩颖.哈尔滨工业大学 2019
[2]高性能二氧化锰基微型储能器件的研究[D]. 赖文辉.清华大学 2018
[3]镍钴基磷酸盐材料的制备及其电容性能[D]. 彭筱.新疆大学 2018
[4]铁基磷酸盐体系钠离子电池电极材料的制备及性能研究[D]. 张辉.华南理工大学 2018
[5]铁镍二元金属氧化物纳米材料超级电容器的电化学性能探究[D]. 梅俊峰.兰州大学 2018
[6]高电导率金属磷化物电极材料的制备及储能特性研究[D]. 胡玉梅.兰州理工大学 2017
[7]钴镍磷酸盐形貌可控合成及其电化学性能研究[D]. 陈朝阳.燕山大学 2016
[8]水系不对称超级电容器高性能氧化铁基负极材料的设计与研究[D]. 唐啸.南京理工大学 2016
[9]二维层状复合电极材料的制备及其超电性能的研究[D]. 尤春琴.宁夏大学 2016
[10]铁基超级电容器电极材料的研究[D]. 彭晓阳.东北大学 2015
本文编号：2921923
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