基于（Co,Ni）硫化物的三维纳米阵列电极的构建及其超电容特性研究

发布时间：2017-10-28 15:14

  本文关键词：基于（Co,Ni）硫化物的三维纳米阵列电极的构建及其超电容特性研究

  更多相关文章： 超级电容器 钴镍化合物 空心碳纳米棒阵列 Ni Co2S4纳米管 电化学性能

【摘要】：作为本世纪最具有希望与前景的新型绿色高效储能器件,超级电容器结合了物理电容器高功率及传统电池高能量密度的优点。然而,金属氧化物/氢氧化物等赝电容电极材料由于自身较差的电导性和离子传输性能,导致其电化学性能通常会受到严重的制约而远远低于其理论值。基于此,我们构筑了三维纳米阵列骨架来沉积赝电容活性材料,从而提高电子与离子的传输,进而实现增强电极活性材料的电化学性能。具体工作如下:在三维纳米阵列结构的构造中,我们分别实现了构筑三维空心碳纳米棒阵列和Ni Co2S4三维纳米管阵列作为骨架来负载赝电容材料制备高性能超级电容器电极。我们通过去模板法制备了三维空心碳纳米棒阵列骨架(HCNA),所制备的三维空心碳纳米棒阵列骨架不仅可以提供大表面积增加活性物质的负载量,而且有优异的电导性,其空心结构也更有利于电子和电解质离子的高速传递,因此在此骨架上负载活性物质将表现出更优异的电容性能。并沉积了CoxNi1-x(OH)2、CoxNi1-x O和(Cox Ni1-x)9S8电极材料。其中,(CoxNi1-x)9S8/HCNA复合电极表现出最优的电化学性能。在1m A/cm2的放电电流下,(CoxNi1-x)9S8/HCNA面积比电容可以高达1.32 F/cm2,是沉积CoxNi1-x(OH)2/HCNA的1.5倍。硫化后的电极材料倍率电容特性也得到了提升,放电电流从1m A到10 m A增到10倍后,其面积比电容依然可以保持初始值的71.8%。更显著的是,在充放电电流为8 m A/cm2下循环3000次后,其电容不仅没有衰退而且还保持在初始值的111.2%左右,相比之下CoxNi1-x(OH)2/HCNA电极电容衰退了11.5%。这些优良的电化学性能都归因于的(CoxNi1-x)9S8的优良赝电容和导电性,以及构筑的三维碳纳米棒阵列骨架。进一步,我们实现了直接在碳布上构筑高导电的单晶Ni Co2S4三维纳米管阵列电极,其本身不仅可以作为很好的赝电容电极材料,还可以作为三维骨架用来负载其他的活性物质。与已报道的Ni Co2O4纳米棒阵列电极相比,因Ni Co2S4具有更好的导电性和电化学活性,因此,我们所构筑的单晶Ni Co2S4三维纳米管阵列电极表现出比Ni Co2O4纳米棒阵列电极更好的电容性能。另外,通过电沉积的方式,在该三维纳米管阵列骨架上我们沉积了一系列金属氧化物/氢氧化物活性材料包括正极材料Cox Ni1-x(OH)2、Mn O2和负极材料Fe OOH,并对其电学性能进行了研究。其中,制备的CoxNi1-x(OH)2/Ni Co2S4同轴三维纳米管阵列复合电极材料具有最高的面积比电容,4 m A/cm2放电电流下,面积比电容高达2.86 F/cm2;良好的倍率电容,放电电流增加至20 m A/cm2,面积比电容依然维持在2.41 F/cm2;优异的稳定性,10 m A/cm2电流密度下恒电流充放循环2000次,电容损失仅4%。
【关键词】：超级电容器 钴镍化合物 空心碳纳米棒阵列 Ni Co2S4纳米管 电化学性能
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM53
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-28
• 1.1 引言10
• 1.2 超级电容器概述10-17
• 1.3 超级电容器的电极材料研究进展17-25
• 1.4 超级电容器的电极材料结构调控25
• 1.5 本论文的研究目的及主要内容25-28
• 2 三维空心碳纳米棒阵列骨架的制备及其在超级电容器中的应用28-46
• 2.1 试剂与仪器29-30
• 2.2 实验部分30-31
• 2.3 结果与讨论31-44
• 2.4 本章小结44-46
• 3 三维NiCo_2S_4纳米管阵列的制备及其在超级电容器中的应用46-59
• 3.1 试剂与仪器46-47
• 3.2 实验部分47-49
• 3.3 结果与讨论49-58
• 3.4 本章小结58-59
• 4 总结与展望59-61
• 4.1 总结59-60
• 4.2 展望60-61
• 致谢61-62
• 参考文献62-71
• 附录1 攻读硕士学位期间发表论文目录71

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本文编号：1108772