NiO超级电容器电极复合材料的制备及性能研究

发布时间：2017-10-16 20:06

  本文关键词：NiO超级电容器电极复合材料的制备及性能研究

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【摘要】：随着社会的不断进步,高效、新型的可再生能源成为人类面临的又一重大难题。超级电容器,又称电化学电容器,由于其高能量密度、绿色无污染、循环性能好等特点,迅速成为近年电化学储能领域的一个热点。超级电容器最重要的组成部分为其电极材料,电极材料的电性能直接影响超级电容器的电性能。本论文主要通过化学共沉淀法制备了氧化镍及其复合超级电容器材料。通过X-射线衍射、扫描电子显微镜(SEM)等测试方法对材料的物理结构和形貌进行表征;采用三电极体系,利用电化学工作站测试材料的电化学性能。其中主要包括循环伏安测试(CV)、恒电流充放电测试、交流阻抗测试、电极材料的循环性能等。主要研究内容和结果如下:采用化学共沉淀法制备了氢氧化镍前驱体,研究了煅烧温度对氧化镍电极材料的结构、形貌和电性能的影响。当煅烧温度为350℃下得到的氧化镍材料结构完整,晶型完整且几乎没有发生团聚现象,材料的比表面积较大。电化学测试结果显示,350℃煅烧温度下得到的Ni O,在0.1 A·g-1电流密度下的比容量为379.48 F·g-1,但是电流密度为3 A·g-1下的比容量为227.39 F·g-1。0.5 A·g-1电流密度下循环500次后比容量衰减34.44%,充放电性能一般。采用化学共沉淀法分别制备了不同配比的Ni-Co的复合电极材料。结果表明Ni-Co复合材料呈现出花瓣状形貌,结晶度变小,颗粒细小均匀,表面积增大。掺入Co元素电极材料的电性能明显提高,Ni-Co比例为7:3复合材料制得的电极材料的比容量(0.1A·g-1电流密度下)为1452.38 F·g-1,高出纯氧化镍电极材料3倍多。在3 A·g-1的电流密度下材料的比容量661.58 F·g-1,经过300次循环后,电极的比容量趋于平稳不变,经过500次循环后比容量保持为原来的65%,表现出良好的循环寿命。采用化学共沉淀法分别制备了不同配比的Ni-Cu的复合电极材料。Cu元素均匀的与Ni O掺杂,且随着Cu含量的增多,复合材料的颗粒分布的越来越均匀,越来越细小,表面积逐渐增大。在0.1A·g-1电流密度下,Ni-Cu比例为7:3复合材料的比容量为655.76 F·g-1,比纯氧化镍电极材料的比容量高出一倍。3 A·g-1的电流密度下264.58 F·g-1,经过500次循环,电极的比容量趋于平稳变化,比容量保持为原来的89.85%,表现出良好的循环寿命,且电阻较小,充分体现出优越的循环稳定性以及大倍率性能。
【关键词】：超级电容器 氧化镍 掺Co复合材料 掺Cu复合材料
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM53
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第1章绪论13-27
• 1.1 引言13-14
• 1.2 超级电容器简介14-19
• 1.2.1 超级电容器的特点14-15
• 1.2.2 超级电容的发展历程15-16
• 1.2.3 超级电容器的工作原理16-18
• 1.2.4 超级电容器应用领域18-19
• 1.3 超级电容器电极材料19-23
• 1.3.1 碳材料19-21
• 1.3.2 金属氧化物材料21-23
• 1.3.3 导电聚合物复合材料23
• 1.4 氧化镍复合及其电极材料的制备23-25
• 1.4.1 共沉淀法23-24
• 1.4.2 溶胶-凝胶法24
• 1.4.3 电化学沉积法24-25
• 1.5 本论文的研究意义及主要研究内容25-27
• 1.5.1 论文的研究意义25
• 1.5.2 论文的主要研究内容25-27
• 第2章 氧化镍的制备及其超级电容性能研究27-44
• 2.1 引言27
• 2.2 实验材料及仪器设备27-28
• 2.2.1 实验材料27-28
• 2.2.2 实验仪器设备28
• 2.3 实验方法28-31
• 2.3.1 电极材料的制备28-29
• 2.3.2 电极的制备29-30
• 2.3.3 电化学测试组装30-31
• 2.4 样品检测方法31-34
• 2.4.1 样品物相结构表征31-32
• 2.4.2 电极材料的电化学测试32-34
• 2.5 NiO电极材料的结构表征34-36
• 2.5.1 电极材料的XRD测试分析34-35
• 2.5.2 电极材料形貌测试分析35-36
• 2.6 NiO电极材料的电化学性能测试36-43
• 2.6.1 循环伏安测试分析37-39
• 2.6.2 恒流充放电测试分析39-41
• 2.6.3 交流阻抗谱测试分析41-42
• 2.6.4 循环寿命测试分析42-43
• 2.7 本章小结43-44
• 第3章 Ni-Co复合电极材料的制备及其超级电性能研究44-54
• 3.1 引言44
• 3.2 实验材料及仪器设备44-45
• 3.2.1 实验材料44
• 3.2.2 实验仪器设备44-45
• 3.3 复合材料及电极的制备45
• 3.3.1 Ni-Co复合材料的制备45
• 3.3.2 电极的制备45
• 3.4 复合材料的结构表征45-47
• 3.4.1 复合材料的XRD测试分析45-46
• 3.4.2 复合材料的形貌测试分析46-47
• 3.5 复合材料的电化学性能研究47-52
• 3.5.1 循环伏安测试分析47-49
• 3.5.2 恒流充放电测试49-51
• 3.5.3 交流阻抗谱测试分析51-52
• 3.5.4 恒流充放电测试52
• 3.6 本章小结52-54
• 第4章 Ni-Cu复合电极材料的制备及其超级电容性能研究54-64
• 4.1 引言54
• 4.2 实验材料及仪器设备54
• 4.2.1 实验材料54
• 4.2.2 实验仪器设备54
• 4.3 复合材料及电极的制备54-55
• 4.3.1 Ni-Cu复合材料的制备54-55
• 4.3.2 电极的制备55
• 4.4 复合材料的结构表征55-57
• 4.4.1 复合材料的XRD测试分析55-56
• 4.4.2 复合材料的形貌测试分析56-57
• 4.5 复合材料的电化学性能研究57-62
• 4.5.1 循环伏安测试分析57-58
• 4.5.2 恒流充放电测试58-61
• 4.5.3 交流阻抗谱测试分析61-62
• 4.5.4 恒流充放电测试62
• 4.6 本章小结62-64
• 结论64-66
• 参考文献66-73
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果73-74
• 致谢74-75

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本文编号：1044625