四氧化三钴作为超级电容器电极材料的制备及其电化学性能研究
发布时间：2020-11-10 02:37
超级电容器是一种具有显著优点的新型功率型储能器件。具有较高的功率密度和能量密度以及较长的循环寿命等特点。它有希望被用于便携式电子设备、混合动力电动汽车、甚至是大型的工业设备上。在众多的超级电容器电极材料中，四氧化三钴因为具有很高的理论比容量，而备受研究者们的青睐。 本论文的研究重点为通过改变实验条件制备出具有优良性能的Co3O4电极材料，并探究了合成条件对所制备的Co3O4电极材料电化学性能的影响。利用了SEM、XRD、BET等测试手段分析了材料的微观形貌，利用BET方法测试材料的比表面积。结合循环伏安、恒电流充放电、交流阻抗等电化学分析测试方法，采用对称电极的测试方式在6M氢氧化钾电解液中研究了所制得Co3O4材料的电化学性能，同时本论文还在制备Co3O4材料方法基础上制备了NiO/Co3O4复合材料，研究了在不同钴/镍比例合成的NiO/Co3O4复合材料电容性能。本论文的主要研究内容如下： （1）采用简单的共沉淀法合成了Co3O4电极材料，对所制备的Co3O4电极材料的结构和性能进行表征，研究了在反应溶液中加入葡萄糖之后对四氧化三钴电化学性能的影响。 （2）研究了前驱体溶液反应时间对合成Co3O4电化学性能的影响。 （3）研究了不同钴源对合成Co3O4四氧化三钴电化学性能的影响 （4）采用简单的共沉淀法制备了NiO/Co3O4复合电极材料，通过SEM和BET比表面积测试，研究了NiO/Co3O4复合材料的微观形貌。并采用电化学测试方法研究了复合材料的电化学性能。对比不同钴/镍比例下合成的NiO/Co3O4复合材料的电化学性能。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TM53
【部分图文】：
第一章 绪论超级电容器的基本结构包括三部分：电极（包括集流体和电极材料）、电极间的隔膜和电解液。电极材料主要是由电极活性物质、导电剂（乙炔黑、碳纳米管等）、粘结剂（聚四氟乙烯和聚偏氟乙烯）组成，涂覆在集流体表面。集流体可以降低电极的内阻，收集电流。常用的集流体材料有泡沫镍、铝箔、不锈钢网、金属纤维等。尤其是发泡金属，如泡沫镍、泡沫铝等最常用。隔膜的主要作用是防止两个电极物理接触的同时允许离子通过，防止超级电容器中两个相临的电极之间发生短路。隔膜是由微孔材料制成的。由于隔膜的厚度与孔隙率、大小会影响到单体超级电容器的内阻。因此对隔膜的要求是：超薄、浸润性好、保湿性好、孔隙率高。通常使用的隔膜材料有聚丙烯膜、聚乙烯（PE）微孔膜、电容器纸以及 PP 和 PE 的复合膜、玻璃纤维或非织物等。
第一章 绪论第一个双电层结构模型是德国亥姆霍兹(Helmholtz) 在 1853 年提出的。双电层电容器的工作原理如图 1.1 所示。从图中我们也可以看出：超级电容器主要由电极、电解液、隔膜三部分构成。当电极插入电解液中的时候，在两相界面上会出现有一些层带，主要包含有正电荷或负电荷，这个层带就是人们所说的双电层[9]。在充电时，电子通过外加电源从正极转移到负极，同时活性物质吸附电解液中的负离子使得电解液中的正负离子各自反向扩散到电极表面。从而形成双电层结构。即使在充电完成以后，撤去外加电源，由于电极上所带的电荷与电解液中的离子电性相反，存在有静电引力。离子不会回到电解液中，所以使得形成的双电层稳定，正负极之间可以保持相对稳定的电压。而在放电时，外加电路使得正负极连通，电子由负极返回到正极。正负离子也都返回到电解液中。在整个反应的过程中，正负电荷的储存和释放过程没有化学反应发生，属于电荷的物理迁移过程[10]。
第一章 绪论1.3.1 Co3O4的结构四氧化三钴(Co3O4)呈灰黑色或黑色粉末状，密度大小是 6.0～6.2g/cm3，分子量 240.80。Co3O4属于立方晶系，如图 1-3 所示[14]，晶格参数 a = 0.811 nm，具有 AB2O4尖晶石结构，其骨架是四面体与八面体共面的三维网络结构，这样的结构有利于离子的扩散。与磁性氧化铁 Fe3O4为异质同晶。Co3O4是一种重要的磁性 P 一型半导体。1.3 纳米 Co3O4简介
【参考文献】
本文编号：2877342
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TM53
【部分图文】：
第一章 绪论超级电容器的基本结构包括三部分：电极（包括集流体和电极材料）、电极间的隔膜和电解液。电极材料主要是由电极活性物质、导电剂（乙炔黑、碳纳米管等）、粘结剂（聚四氟乙烯和聚偏氟乙烯）组成，涂覆在集流体表面。集流体可以降低电极的内阻，收集电流。常用的集流体材料有泡沫镍、铝箔、不锈钢网、金属纤维等。尤其是发泡金属，如泡沫镍、泡沫铝等最常用。隔膜的主要作用是防止两个电极物理接触的同时允许离子通过，防止超级电容器中两个相临的电极之间发生短路。隔膜是由微孔材料制成的。由于隔膜的厚度与孔隙率、大小会影响到单体超级电容器的内阻。因此对隔膜的要求是：超薄、浸润性好、保湿性好、孔隙率高。通常使用的隔膜材料有聚丙烯膜、聚乙烯（PE）微孔膜、电容器纸以及 PP 和 PE 的复合膜、玻璃纤维或非织物等。
第一章 绪论第一个双电层结构模型是德国亥姆霍兹(Helmholtz) 在 1853 年提出的。双电层电容器的工作原理如图 1.1 所示。从图中我们也可以看出：超级电容器主要由电极、电解液、隔膜三部分构成。当电极插入电解液中的时候，在两相界面上会出现有一些层带，主要包含有正电荷或负电荷，这个层带就是人们所说的双电层[9]。在充电时，电子通过外加电源从正极转移到负极，同时活性物质吸附电解液中的负离子使得电解液中的正负离子各自反向扩散到电极表面。从而形成双电层结构。即使在充电完成以后，撤去外加电源，由于电极上所带的电荷与电解液中的离子电性相反，存在有静电引力。离子不会回到电解液中，所以使得形成的双电层稳定，正负极之间可以保持相对稳定的电压。而在放电时，外加电路使得正负极连通，电子由负极返回到正极。正负离子也都返回到电解液中。在整个反应的过程中，正负电荷的储存和释放过程没有化学反应发生，属于电荷的物理迁移过程[10]。
第一章 绪论1.3.1 Co3O4的结构四氧化三钴(Co3O4)呈灰黑色或黑色粉末状，密度大小是 6.0～6.2g/cm3，分子量 240.80。Co3O4属于立方晶系，如图 1-3 所示[14]，晶格参数 a = 0.811 nm，具有 AB2O4尖晶石结构，其骨架是四面体与八面体共面的三维网络结构，这样的结构有利于离子的扩散。与磁性氧化铁 Fe3O4为异质同晶。Co3O4是一种重要的磁性 P 一型半导体。1.3 纳米 Co3O4简介
【参考文献】
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3 张治安,邓梅根,胡永达,杨邦朝;电化学电容器的特点及应用[J];电子元件与材料;2003年11期
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5 马仁志,魏秉庆,徐才录,梁吉,吴德海;基于碳纳米管的超级电容器[J];中国科学E辑:技术科学;2000年02期
本文编号：2877342
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