超级电容器钴基电极材料的制备及性能表征

发布时间：2017-12-10 05:16

  本文关键词：超级电容器钴基电极材料的制备及性能表征

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【摘要】：超级电容器凭借其高的功率密度、优异的可逆性和良好的循环性能等优势,在电子仪器和混合动力汽车领域内展现了良好的应用前景。钴化合物具有良好的电容性能和环境友好性,是超级电容器电极材料中重要的组成部分。超级电容器电极材料可用溶剂热法制备,在运用该方法制备四氧化三钴或者氢氧化钴的溶剂时,其反应溶剂都是水与其他非水溶剂按照一定的比例混合,并没有在纯非水溶剂中研究其性质。因此,我们以此为研究切入点,力争探究出在纯有机溶剂中,该电极材料的形成过程以及其应用于超级电容器时所表现出的电化学性能。本课题首次采用简易溶剂热法制备得到了氢氧化钴/四氧化三钴电极材料,并用XRD、SEM、循环伏安、恒电流充放电和交流阻抗等手段对其物质组成、微观形貌和电化学性质等一系列问题展开研究。本论文主要研究反应温度和反应物浓度对电极材料性能的影响,并且对其形貌的演变做了深入的探究。本论文取得的创新性研究成果如下:(1)硝酸钴浓度为0.05 M时,随着温度的升高,所得到的样品的物相由片层状的α-Co(OH)2相逐渐转变为球形结构的Co3O4相。并且,电极材料的物相组成是由反应物浓度和反应温度共同影响的。在较高的反应物浓度或反应温度的条件下,电极材料更易形成球形的四氧化三钴相;(2)反应温度为170°C,硝酸钴浓度为0.05 M时,随着反应时间的增加,所得到的样品的微观形貌由原先的片层状球形结构逐渐变成独立单一的片层状结构。并且,片层边缘的形貌由原先的棱角光滑状态逐渐变成棱角分明状态;(3)电极材料的电化学性能是由反应物浓度和反应温度协同作用的。硝酸钴浓度为0.1 M,反应温度为170°C所制备的样品所表现出的电化学性能最为优秀。在此温度下,电流密度为1、2、5、7、10和15 A·g-1的情况时,其对应的比容量分别为594、510、433、396、368和336 F·g-1。电流密度由1 A·g-1到15 A·g-1时,比容量仍然保持56.6%,表现出良好的倍率性能。在8 A·g-1的电流密度下,1100次循环之后,放电比容量相比于最大值仍然保持85.3%,比容量达到331F·g-1,表现出优良的循环稳定性。
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM53

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本文编号：1273271