三维自支撑金属氧化物/硫化物基核壳结构复合电极材料的制备及其在超级电容器中的应用

发布时间：2021-06-26 08:46

　　超级电容器,作为一种新型的能量储存转换装置,具有比锂电池更高的功率密度和更长的循环使用寿命,可应用于消费电子产品、新能源汽车等领域。然而,由于超级电容器的能量密度不够理想,难以实现大规模商业化,因此,开发高能量密度、高倍率性能的超级电容器成为了当今的研究热点。电极是超级电容器的核心部件,其电化学性能是超级电容器性能的决定性因素。过渡金属（Co、Ni、Mn等）氧化物/硫化物因资源丰富、成本低且理论比电容较高,被广泛研究作为电极材料,但其自身导电性和稳定性较差,单体金属氧化物/硫化物难以成为高性能的超级电容器材料。研究表明,对材料的结构进行改性是增强电化学活性的有效方法之一。其中,自支撑核壳结构材料具有以下优点:（i）比表面积大,活性位点多;（ii）结构稳定,氧化还原过程中结构不易坍塌;（iii）材料可直接用作电极,无任何导电剂和粘黏剂加入,自身内阻较小,导电性能优异。因此,本论文致力于构筑新型的三维自支撑金属氧化物/硫化物基核壳分级结构复合电极材料,具体研究内容如下:（1）采用水热-煅烧法,在三维孔状结构的泡沫镍基底上垂直定向生长葡萄糖插层的LDH@Co₃O

【文章来源】：江苏大学江苏省

【文章页数】：98 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

超级电容器结构示意图

图 1.2 双电层电容器储能原理Fig. 1.2 The energy storage mechanism of EDLC对电容器施加一个外部电压进行充电时，电解液中的阴阳离子分别向正，电荷有序的排列于电极材料表面形成电荷层[35]；而当撤销电压时，性电荷相吸，双电层可稳定存在，正负电极间便可形成一个稳定的电压程中，电子从正极流向负极形成电流，电极表面定向排列的阴阳离子重解液中，直至放电过程结束。双电层电容器的充放电储能过程均为物理据双电层电容器的储能机理可知，电极材料的导电性与比表面积是影响容器性能的重要因素。该类超级电容器充放电过程无氧化还原等化学反放电速率快且循环稳定性好等优点[26, 38]。赝电容器

Co 基[72, 73]氧化物/硫化物都显示出优异的赝电容特性。RuO2是最早被研究用于赝电容器的金属氧化物材料，其表现出的高循环稳定性、高电导率与高理论比电容值（2000 F·g-1）被认为是最具潜力的赝电容器电极材料。但因稀缺、成本较高和污染严重限制了其在超级电容器领域的发展[74]。Ni 基、Mn 基、Co 基氧化物/硫化物等价格低廉、资源丰富的材料成为了赝电容器电极材料的研究热点。其中 NiO[75]、MnO2[76]、Co3O4[77]等金属化合物在研究过程中显示出了优异的电化学活性，成为了赝电容器电极材料的研究重点。但由于金属氧化物自身电导率低，循环稳定性能不好，限制了其实际应用。为弥补单一金属氧化物的不足以提高电化学性能，研究者们将研究重心转向了电导率优异的过渡金属硫化物以及多元金属氧化物/硫化物，如 NiS、MnS、NiCo2O4、NiCo2S4等。然而，虽然过渡金属硫化物以及多元金属氧化物/硫化物表现出了优异的电化学性能，但在制备过程中颗粒团聚且堆积的问题依然存在[78-80]。

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3251026