镍基超级电容器复合材料的制备及其性能研究

发布时间：2017-05-01 08:03

  本文关键词：镍基超级电容器复合材料的制备及其性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着化石能源的枯竭和日益严重的环境问题,需迫切寻找绿色可再生能源和替代能源。与传统电池相比,超级电容器以其自身的优势而被众所周知,其优点包括快速充电容量、循环寿命长、和高的功率密度。超级电容器在电动汽车电源、便携式仪器设备、数据记忆存储系统等方面呈现了较好的应用前景。超级电容器是主要由集流体、隔膜、电极材料和电解质组成,其中,电极材料中起着重要作用。电极材料不仅确定超级电容器的类型,而且对超级电容器的电化学性能有着重要影响。为了提高活性物质的性能,就从形态和结构方面出发进行制备。另一方面,由于协同效应,复合是可用的另一种方式来提高单一活性材料的电化学性能。本论文分别通过采用干燥浸泡法和一步水热法,以泡沫镍(Nickel foam,NF)为基底来制备三维石墨烯?Ag/泡沫镍复合材料,花状Ni3S2-Co9S8电极材料和棒状Ni3S2-MoS2复合材料,对其电化学性能进行了表征和分析。主要研究结果总结如下:1、采用改进的Hummer法制备氧化石墨,通过干燥浸泡法制备三维石墨烯?Ag/泡沫镍复合材料,对其物相、形貌和组成进行了分析,研究了复合材料的电化学性能。结果表明,复合材料呈疏松多孔结构,Ag直径为200 nm,电流密度为5 mA/cm2时初次比容量为1.59 F/cm2,循环1000次后为初始容量的70%,循环稳定性良好。2、利用溶剂热法制备出了花状Ni3S2-Co9S8电极材料,对其物相、形貌和组成进行了分析。该材料的电化学性能也通过循环伏安测试、恒电流充放电测试和交流阻抗测试,其呈现了极好的电化学性能,其在5 mA/cm2的电流密度下,首次放电容量为5.37F/cm2,循环1000次后,保留了首次放电容量的92.0%。3、通过溶剂热法成功的制备出了棒状Ni3S2-MoS2复合材料。通过X射线衍射、X射线光电子能谱、扫描电镜和电化学工作站等对电极材料的物相组成、形态结构及其电化学性能进行了表征。测试结果表明,当C16H33(CH3)3NBr的量为0.365 g时。所制备的复合材料具有较好的电化学性能,其在5 mA/cm2的电流密度下,首次放电容量为10.75 F/cm2,循环1000次后,保留了首次放电容量的75.8%。
【关键词】：溶剂热法 干燥浸泡法 泡沫镍 电化学
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33;TM53
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-23
• 1.1 超级电容器概述11-14
• 1.1.1 超级电容器的定义及特点11-13
• 1.1.2 超级电容器的发展13-14
• 1.1.3 超级电容器的分类14
• 1.2 超级电容器的结构和原理14-16
• 1.2.1 超级电容器的结构14-15
• 1.2.2 超级电容器的工作原理15-16
• 1.3 超级电容器的应用和市场16-18
• 1.3.1 超级电容器的应用16-18
• 1.3.2 超级电容器的市场18
• 1.4 超级电容器电极材料的研究进展18-22
• 1.4.1 碳材料18-19
• 1.4.2 导电聚合物19-20
• 1.4.3 过渡金属氧化物20-21
• 1.4.4 镍基复合材料21-22
• 1.5 本课题的研究背景及意义22-23
• 2 三维rGO-Ag/NF复合材料的制备及其性能研究23-36
• 2.1 实验药品与仪器23-25
• 2.1.1 实验药品23-24
• 2.1.2 实验仪器24-25
• 2.2 实验过程与具体步骤25-26
• 2.2.1 氧化石墨的制备25
• 2.2.2 泡沫镍的预处理25
• 2.2.3 三维rGO-Ag/NF的制备25
• 2.2.4 rGO-Ag/NF的电化学性能测试25-26
• 2.3 产物的表征26-28
• 2.3.1 X射线衍射分析（X-ray Power Diffraction）26
• 2.3.2 扫描电镜分析（Scan Electron Microscope）26-27
• 2.3.3 X射线光电子能谱分析（X-ray Photoelectron Spectroscopy）27
• 2.3.4 电化学性能测试27
• 2.3.5 表征的仪器27-28
• 2.4 结果与讨论28-35
• 2.4.1 红外分析28-29
• 2.4.2 XRD分析29-30
• 2.4.3 SEM分析30-31
• 2.4.4 CV分析31-32
• 2.4.5 GCD分析32-33
• 2.4.6 EIS分析33-34
• 2.4.7 循环性能分析34-35
• 2.5 本章小结35-36
• 3 花状Ni_3S_2-Co_9S_8复合材料的制备及其性能研究36-45
• 3.1 实验试剂与仪器36-37
• 3.1.1 实验试剂36-37
• 3.1.2 实验仪器37
• 3.2 实验步骤37-38
• 3.2.1 泡沫镍的预处理37
• 3.2.2 花状Ni_3S_2-Co_9S_8复合材料的制备37-38
• 3.2.3 花状Ni_3S_2-Co_9S_8的电化学性能测试38
• 3.3 结果与讨论38-44
• 3.3.1 XRD分析38-39
• 3.3.2 XPS分析39-40
• 3.3.3 SEM分析40-41
• 3.3.4 CV分析41-42
• 3.3.5 GCD分析42-43
• 3.3.6 倍率性能和循环性能分析43
• 3.3.7 EIS分析43-44
• 3.4 本章小结44-45
• 4 棒状Ni_3S_2-MoS_2的制备及其电化学性能的研究45-55
• 4.1 实验试剂与仪器45-46
• 4.1.1 实验试剂45-46
• 4.1.2 实验仪器46
• 4.2 实验过程与具体步骤46-47
• 4.2.1 棒状Ni_3S_2-MoS_2材料的制备46-47
• 4.2.2 片层状Ni_3S_2-MoS_2材料的制备47
• 4.2.3 Ni_3S_2-MoS_2材料的电化学性能测试47
• 4.3 结果与讨论47-54
• 4.3.1 XRD分析47-48
• 4.3.2 XPS分析48-49
• 4.3.3 SEM分析49-50
• 4.3.4 机理分析50-51
• 4.3.5 CV分析51-52
• 4.3.6 GCD分析52-53
• 4.3.7 循环性能分析53
• 4.3.8 EIS分析53-54
• 4.4 本章小结54-55
• 5 结论55-57
• 参考文献57-66
• 攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果66-67
• 致谢67-68

【参考文献】

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