【摘要】：超级电容器具有高功率密度、高充放电效率、可逆性好、循环寿命长及较高的能量密度等特点。锂离子二次电池具有高能量密度、高工作电压、循环寿命长等优点,是当前最受重视、发展最快的高能蓄电池。过渡金属氧化物具有理论容量高和优良的电性能,可作为超级电容器和锂离子二次电池的电极材料。本论文采用无模板直接生长法,分别制备了 Co(OH)_2、Co_3O_4和NiCo_2O_4微纳米线阵列电极;利用SEM、XRD和TEM对电极表面形貌进行表征;通过循环伏安、恒流充放电和交流阻抗等方法对电极的电化学性能进行测试。分别组装以Co(OH)_2、Co_3O_4和NiCo_2O_4微纳米线阵列电极为正极、以活性炭电极为负极的混合超级电容器;分别组装以Co_3O_4和NiCo_2O_4微纳米线阵列为研究电极,以金属锂片为对电极和参比电极的锂离子扣式电池。并用循环伏安、恒流充放电和交流阻抗法对电容器和电池的性能进行测试。XRD表征表明Co(OH)_2微纳米线为水镁石结构,Co_3O_4和NiCo_2O_4微纳米线为尖晶石结构,晶体结构完整。SEM及TEM表征表明Co(OH)_2和Co_3O_4微纳米线阵列由长度约为10～15μm,直径约为500nm的均匀微纳米线组成;NiCo_2O_4微纳米线阵列由长度约为10～15 μm,直径约为540 nm的均匀微纳米线组成。Co(OH)_2微纳米线阵列电极经恒流充放电测试,其比容量最高可达635.3 F·g~(-1),循环500次后,放电比容量仍保持466.7 F·g~(-1);交流阻抗测试表明电荷传递电阻为0.13Ω 经500次循环后电阻仅增加0.03 Ω。Co(OH)_2微纳米线阵列电极在不同浓度的KOH电解液中比容量随浓度增大先增大后减小。Co(OH)_2微纳米线阵列/活性炭混合电容器恒流充放电时放电比容量最高可达47.5 F·g~(-1),循环500次后,放电比容量仍保持36.3 F·g~(-1),电荷传递电阻仅为0.7 Ω。Co_3O_4微纳米线阵列电极经恒流充放电测试,其比容量最高可达746.5 F·g~(-1),循环500次后,放电比容量仍保持626.9 F·g~(-1);交流阻抗测试表明电荷传递电阻为0.35 Ω,经500次循环后电阻仅增加0.04 Ω。Co_3O_4微纳米线阵列电极随KOH电解液浓度增大,比容量增大。Co_3O_4微纳米线阵列/活性炭混合电容器恒流充放电时最大比容量为49.3 F·g~(-1),循环500次后,放电比容量仍保持33.0 F·g~(-1),电荷传递电阻为3.0 Ω。Co_3O_4微纳米线阵列锂离子扣式电池在0.1C的电流条件下,首次嵌、脱锂比容量分别为1400 mAh·g~(-1)和854 mAh·g~(-1);经过10个循环后,放电比容量稳定在880 mAh·g~(-1)左右,没有明显衰减。NiCo_2O_4微纳米线阵列电极经恒流充放电测试,其比容量最高可达739 F·g~(-1),循环500次后,放电比容量仍保持548.4 F·g~(-1),;交流阻抗测试表明电荷传递电阻为0.26 Ω,经过500次循环后电阻仅增加0.12 Ω。NiCo_2O_4微纳米线阵列/活性炭混合电容器在恒流充放电时最大比容量为75 F·g~(-1),循环500次后,放电比容量仍保持43.5 F·g~(-1),电荷传递电阻为1.05 Ω。NiCo_2O_4微纳米线阵列锂离子扣式电池在0.1C下充放电时,首次放、充电比容量分别为994.4 mAh·g~(-1)和686.7 mAh·g~(-1);经过10个循环后,可逆比容量为667.3 mAh·g~(-1)。当倍率增大到1C时,容量保持率为29%。由于NiCo_2O_4微纳米线阵列电极易于制备,不需要导电剂和粘结剂,因而作为锂离子电池的负极材料表现出一定的优越性。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM912;TM53
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本文编号：2438502
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