新型镍基电极材料的设计制备及其超级电容器应用

发布时间：2020-06-11 08:48

【摘要】：超级电容器是一种新型绿色的电化学储能设备,它具有充电时间短、放电效率高、高功率密度、使用寿命长和对环境无污染等优点。电极材料对于超级电容器整体储能性能的影响尤为重要,然而,赝电容电极材料由于其稳定性差、导电性弱以及较小的比表面积等缺点阻碍了超级电容器的实际发展。因此,本文通过选用具有高导电性和大比表面积的泡沫镍作为基底,通过简易的煅烧法、水热法和电沉积法等方法在导电基底上制备出新型镍基纳米电极材料。该类电极材料拥有大比表面积、高导电性和良好的结构稳定性,将逐渐取代传统的碳基电极。电化学性能测试结果表明:这类镍基电极材料表现出优良的电化学性能,例如充电速度快、比电容量高以及循环寿命长等,组装成不对称超级电容器(ASC)能有效地拓宽器件的电压区间,从而提升其能量密度。具体内容如下:(1)针对二氧化锰纳米材料自身存在的导电性差、结构稳定性差等缺点。采用一种有效的电沉积方法引入金属镍纳米管作为导电骨架,再在其表面上依次修饰MnO_2和聚3,4-乙烯二氧噻吩(PEDOT),即可制备出PEDOT@MnO_2@NiNTAs纳米复合电极材料。金属Ni纳米管的引入,不仅能有效地增强电极材料的导电性,而且还能为MnO_2活性物质提供大的比表面积。导电聚合物PEDOT则具有良好的导电性、优良的电化学活性以及高的稳定性。利用PEDOT修饰MnO_2@NiNTAs纳米材料的表面,有效地提高电极材料的导电性和结构稳定性。将PEDOT@MnO_2@NiNTAs电极应用在自组装的ASC中,其工作电压窗口高达1.7 V,并且显示出较高的体积比能量密度与优越的循环稳定性。(2)利用自牺牲的泡沫镍提供Ni源,采用简易的硫化煅烧法成功制备出一种自支撑的无定型边缘包裹的结晶NiS电极材料。利用高导电性的泡沫镍作为基底,为NiS的生长提供较大的比表面积以及良好的结构稳定性。电化学性能测试结果表明:由无定型边缘包裹的结晶NiS混合体系结构设计是一种有效的设计方法,使所获得的NiS电极拥有高导电性、长循环寿命以及优异的电化学活性。将NiS电极进一步自组装成ASC,该电容器显示出优越的充放电性能、较高的体积比能量密度、高效的储能能力和良好的循环稳定性。(3)利用自牺牲的泡沫镍提供Ni源,采用简易的一步水热法原位自生长制备了NiCo_2S_4电极,展示出优越的电容性能以及双功能电催化性能。电化学性能测试结果表明:高导电性的泡沫镍作为基底、活性物质和基底材料之间无需使用粘合剂即可存在较强的结合能力等特性有助于提升NiCo_2S_4电极的比电容量,同时展示了优越的HER/OER催化性能。将NiCo_2S_4电极作为正极应用在自组装的ASC中,该电容器具有高的体积比能量密度以及优异的循环稳定性。基于NiCo_2S_4电极自组装成碱性电解水装置,展现了优良的电解水性能。
【图文】：

要通过设计合理的实验方案制备电容量高的、低成本以及以满足超级电容器储能设备在人类生活中的实际应用需求容器容器概述及应用放电、高功率密度著称的超级电容器作为典型环保的储能一个重点发展方向，已被大量应用在便携式的电子设计以方面。图 1-1[9]显示了几种典型电化学储能装置的尼奎斯出超级电容器的性能介于电池 (例如：Li-ion 和 PbO2/Pb间，是一种比电池功率密度高、比传统电容器能量密度大具备充放电快速、循环寿命长以及绿色环保等优点，是当储能设备之一[10-12]。

如美国的 USABC、俄罗斯的 REVA 和日本的 S的应用处于一个快速发展阶段，具有高效、低成输、移动通讯、电子纺织品、智能电网、航空和，，是当今最先进的储能设备之一。器的组成及其电极材料的分类的三大主要组成部件分别为：电极材料、电解质中，电极材料是其最核心关键部件[14-15]。因此，前的热点研究内容之一。根据储能机理，超级电类 (如图 1-3)：双电层电容材料 (例如：活性炭第赝电容材料 (例如：金属氧化物/氢氧化物和
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O646.54;TM53

【参考文献】

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1 LU XueFeng;LI GaoRen;TONG YeXiang;;A review of negative electrode materials for electrochemical supercapacitors[J];Science China(Technological Sciences);2015年11期

本文编号：2707666