镍—钴—锰基氢氧化物材料的制备及其超级电容性能研究
发布时间：2020-11-11 13:09
【摘要】：众所周知,三元镍钴锰是一种非常重要且已商业化的锂离子电池正极材料,其前驱体为镍-钴-锰氢氧化物,若前驱体应用于超级电容器上势必表现出独特的工业化潜力。本文以镍-钴-锰氢氧化物超级电容器材料作为研究对象,并对其进行石墨烯掺入和离子交换两种不同的处理,以提高材料的导电性,改善倍率性能。具体研究工作如下:(1)水热法合成具有分等级结构的球形镍-钴-锰氢氧化物,其作为超级电容器活性材料表现出较好的、可调控的电化学性能,比容量依赖于不同的镍钴锰组成比例。当Ni:Co:Mn=8:1:1时材料(在本文命名为811)的比容量最高,在0.5A/g的电流密度下比容量高达1884.53F/g,随着电流密度的增加比容量在不断的降低,电流密度达到10A/g时其比容量仅剩977.38F/g,继续增至20A/g,比容量接近于零。(2)为了提高811材料的倍率性能,本文采用石墨烯的引入成功制备了半开口桂圆状Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)2/graphene复合材料,利用XRD、SEM、TEM、BET、XPS等对样品进行结构形貌表征;循环伏安、交流阻抗、恒流充放电对材料进行电化学性能表征。结果显示:811/G材料在保持前驱体811结构形貌不变的前提下,表现出良好的电化学性能,在0.5、1、2、5、10A/g的电流密度下材料的比容量分别高达1712.13、1658.74、1622.08、1603.08、1535.43F/g,甚至电流密度达到20A/g时比容量仍能保持最初的79.8%。(3)此外,借助于阳离子交换法在氧化剂存在条件下成功构筑Ni0.8-xCo0.1Mn0.1(OH)2@Co OOH复合材料。以Ni0.8-xCo0.1Mn0.1(OH)2@Co OOH复合材料作为正极材料,活性炭作为负极材料组装成不对称器件,探讨离子交换处理是否提高了材料的导电性、倍率性能。结果表明在0.5A/g的电流密度下处理前后样品的比容量几乎一样,随着电流密度的增加,差异随着变大,当电流密度增至7.5A/g时,处理后样品的比容量比811材料提高了67.09F/g。
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O646.54;TM53
【图文】：
第一章 绪论中性，进而形成电势差。电极相所带的电荷主要集中电极的表面，电带相反电荷的离子，一方面受到静电力的吸引，紧密的排列在电极的方面由于离子自身的热运动，离子又会趋向远离电极表面向电解液本最后在静电作用和热运动共同作用下到达平衡，形成一个双电层。示 1.1 所示，
第一章 绪论赝电容，也称法拉第准电容，是在电极活性材料的表面或者体相的二维或准二维空间中，活性物质发生欠电位沉积，进行高度可逆的化学氧化/还原反应，从而产生与电极充电电位相关的电容[18,19]。示意图如 1.2 图所示，其反应可概括如下：反应式 1.1其中 A 表示活性材料， 表示电解液负离子，AB 表示反应生产物。对于赝电容，常见电极活性材料有过渡金属氧化物（氢氧化物）和导电聚合物。主要的过渡金属氧化物（氢氧化物）有 NiO（Ni(OH)2）[20-22]、MnO2[23,24]、CoXOY（CoOOH）[25-27]、RuO2[28]、SnO2[29]、TiO[30-32]等。常见的导电聚合物有聚噻吩（PTh）[33]、聚吡咯（PPY）[34-36]、聚苯胺（PANI）[37,38]等。一般赝电容电容器同时还具有双电层电容，因而这种体系的超级电容器可实现的最大电容值比较大，在同等质量或是体积的情况下，赝电容器容量是双电层电容器容量的 10～100 倍[39-44]。
图 2.1 三电极测试装置示意图Figure 2.1 Schematic diagram of three electrode test device.超级电容器组装示意图如下：镍-钴-锰氢氧化物作为正极材料组装成不对称超级电容器，其中正极涂的活性材料解液仍用 2mol/L 的 KOH 溶液。
【共引文献】
本文编号：2879223
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O646.54;TM53
【图文】：
第一章 绪论中性，进而形成电势差。电极相所带的电荷主要集中电极的表面，电带相反电荷的离子，一方面受到静电力的吸引，紧密的排列在电极的方面由于离子自身的热运动，离子又会趋向远离电极表面向电解液本最后在静电作用和热运动共同作用下到达平衡，形成一个双电层。示 1.1 所示，
第一章 绪论赝电容，也称法拉第准电容，是在电极活性材料的表面或者体相的二维或准二维空间中，活性物质发生欠电位沉积，进行高度可逆的化学氧化/还原反应，从而产生与电极充电电位相关的电容[18,19]。示意图如 1.2 图所示，其反应可概括如下：反应式 1.1其中 A 表示活性材料， 表示电解液负离子，AB 表示反应生产物。对于赝电容，常见电极活性材料有过渡金属氧化物（氢氧化物）和导电聚合物。主要的过渡金属氧化物（氢氧化物）有 NiO（Ni(OH)2）[20-22]、MnO2[23,24]、CoXOY（CoOOH）[25-27]、RuO2[28]、SnO2[29]、TiO[30-32]等。常见的导电聚合物有聚噻吩（PTh）[33]、聚吡咯（PPY）[34-36]、聚苯胺（PANI）[37,38]等。一般赝电容电容器同时还具有双电层电容，因而这种体系的超级电容器可实现的最大电容值比较大，在同等质量或是体积的情况下，赝电容器容量是双电层电容器容量的 10～100 倍[39-44]。
图 2.1 三电极测试装置示意图Figure 2.1 Schematic diagram of three electrode test device.超级电容器组装示意图如下：镍-钴-锰氢氧化物作为正极材料组装成不对称超级电容器，其中正极涂的活性材料解液仍用 2mol/L 的 KOH 溶液。
【共引文献】
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本文编号：2879223
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