铁/钴基金属氧化物的制备及其电化学性能的研究
发布时间：2021-03-05 11:12
传统能源的日益枯竭,以及新能源汽车和便携式电子设备的快速发展,促使人们致力于开发各种高效的绿色能源存储技术。超级电容器由于能量密度高、循环寿命长、充放电速度快以及环保无污染等优点而备受关注。在已报道的超级电容器电极材料中,铁/钴氧化物由于较高的理论比电容而备受关注。但是铁/钴氧化物本身的导电性不高,在电化学反应过程中容易发生体积膨胀,导致结构发生破坏或从集流体上脱落等问题,使其比电容量发生快速衰减。通过铁/钴氧化物与石墨烯（RGO）复合或者直接在集流体上生长等方法,可以改善上述问题。本文通过不同的制备工艺获得了 Fe304/RGO、Co3O4/RGO以及在泡沫镍上原位生长的CoO三种材料,利用TEM、FE-SEM、XRD、XPS等技术进行了微观形貌和结构分析,用恒电流充放电（GCD）、循环伏安测试（CV）和电化学阻抗（EIS）等电化学测试技术系统测试其电化学性能。主要内容如下:（1）通过共沉淀方法在80℃温度下制备了 Fe3O4/RGO复合材料。Fe3O4的颗粒尺寸约为8-10 nm,与石墨烯复合之后形成独特的双尺度耦合结构,即数十个Fe3O4纳米粒子彼此靠近形成纳米团簇附着在石墨烯表...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２法拉第准电容储能原理及电位分布图??Ｆｉｕｒｅ?１－２?Ｃｈａｒｓｔｒａｅ?ｍｅｈａｎｉｓｍｎｄｏｔｅｎｔｉａｌ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｆｅｏａｃｉｔｏｒ．??
前半部分出现还原波，后部分是氧化波，也就是说当一次完整的三角波扫描??完成时，此时在电极上也完成了个氧化还原过程，这就是循环伏安法，其电流一??电压曲线称为即ＣＶ曲线，如图２．４所示。由ＣＶ曲线可以判断电极反应的性质、??反应机理、充放电效率以及电极过程动力学参数等活性物质的电化学性能。对于??双电容电极材料来说，其ＣＶ曲线呈现出理想的矩形，而对于法拉第赝电容材料??而言，其ＣＶ曲线一般都带有明显的氧化还原峰。另外，通过ＣＶ曲线可以计算??出活性物质的比电容（式２－２）：??Ｃｓ?＝?（２－２）??ｓ?ｍｖＡＶ??式中：ｗ表示活性材料的质量；表示扫描速率；ＡＦ表示扫描电压窗口；?Ｓ表示??曲线所包围的面积（Ｓ?＝?／／ｄｌＯ??Ｉｃ?ｏ?＋?ｅ乂一?ｒ??Ｓ?＾?ｉ－ｒ?Ａｈ?Ｒ－一。??图２－２循环伏安测试曲线给定信号图和响应信号图??Ｆｉｇｕｒｅ?２－２?Ｃｙｃｌｉｃ?ｖｏｌｔａｍｍｏｇｒａｍ?ｔｅｓｔ?ｃｕｒｖｅ?ｇｉｖｅｎ?ｓｉｇｎａｌ?ｄｉａｇｒａｍ?ａｎｄ?ｒｅｓｐｏｎｓｅ?ｓｉｇｎａｌ?ｄｉａｇｒａｍ??２０??
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【参考文献】：
期刊论文
[1]高比表面积生物质活性炭的制备及其电化学性能研究[J]. 姜可茂,吴琪琳. 功能材料. 2017(11)
[2]硫化镍/三维网络石墨烯复合材料制备及其在高性能超级电容器的应用研究（英文）[J]. 王晓敏,窦湟琳,田真,张久俊. 电化学. 2017(02)
[3]活化氧化石墨烯的制备及对甲基橙的吸附[J]. 周彩云,邓娟,朱君妍,周超,郭永福,周晓吉,白仁碧. 工业水处理. 2016(05)
[4]蜂窝状四氧化三钴的制备及其超级电容器性能[J]. 孙汶,朱平. 微纳电子技术. 2016(03)
[5]石墨烯/聚苯胺基超级电容器研究进展[J]. 王梦梦,李曦,杨琳琳,闫松玲,胡善洲,焦龙华. 材料导报. 2014(19)
[6]超级电容器电极材料的研究现状与展望[J]. 邢宝林,黄光许,谌伦建,张传祥,徐冰. 材料导报. 2012(19)
[7]石墨烯的制备与表征[J]. 马文石,周俊文,程顺喜. 高校化学工程学报. 2010(04)
[8]NaOH活化制备超级电容器用活性炭球电极材料[J]. 姜信敏,初茉,徐斌,侯珊珊. 电子元件与材料. 2009(08)
[9]球形纳米Fe3O4的制备及超级电容性能研究[J]. 陈洁,黄可龙,刘素琴. 无机化学学报. 2008(04)
[10]锂离子电池纳米负极电极材料[J]. 郑洪河,石磊,曲群婷,徐仲榆. 化学通报. 2006(10)
博士论文
[1]钴基过渡金属氧化物复合纳米薄膜材料的制备及其电化学性能研究[D]. 范慧清.浙江大学 2016
[2]多层次结构金属氧化物超级电容器电极材料的研究[D]. 于占军.武汉理工大学 2010
[3]超级电容器活性炭电极材料的孔径调控和表面改性[D]. 刘亚菲.同济大学 2008
[4]基于碳材料和氧化钌超级电容器的研究[D]. 慈颖.中国科学院研究生院（理化技术研究所） 2007
[5]高比能量电化学电容器的研究[D]. 王永刚.复旦大学 2007
[6]新型能源材料—电化学电容器与锂离子电池电极材料的研究[D]. 梁彦瑜.兰州大学 2006
硕士论文
[1]氧化铁复合纳米材料的水热制备及其超级电容特性研究[D]. 白波.太原理工大学 2017
[2]超级电容器用复合电极材料的制备及其性能研究[D]. 刘信东.南京理工大学 2016
[3]石墨制备石墨烯过程中产物三维结构及电学性能变化研究[D]. 王培草.西南科技大学 2015
[4]过渡金属氧化物电极材料的制备及其超级电容性能的研究[D]. 庄君霞.兰州理工大学 2014
[5]石墨烯/四氧化三钴复合材料的制备及其电化学性能研究[D]. 高翠侠.天津大学 2013
[6]多孔聚苯胺及其衍生电极材料的制备及其电容性能的研究[D]. 肖莹.哈尔滨工程大学 2013
[7]铁氧化物/石墨烯纳米复合材料的制备及超级电容性能研究[D]. 寿庆亮.浙江大学 2012
[8]多孔金属氧化物电极材料的制备及其超级电容性能研究[D]. 刘卯成.兰州理工大学 2011
本文编号：3065102
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２法拉第准电容储能原理及电位分布图??Ｆｉｕｒｅ?１－２?Ｃｈａｒｓｔｒａｅ?ｍｅｈａｎｉｓｍｎｄｏｔｅｎｔｉａｌ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｆｅｏａｃｉｔｏｒ．??
前半部分出现还原波，后部分是氧化波，也就是说当一次完整的三角波扫描??完成时，此时在电极上也完成了个氧化还原过程，这就是循环伏安法，其电流一??电压曲线称为即ＣＶ曲线，如图２．４所示。由ＣＶ曲线可以判断电极反应的性质、??反应机理、充放电效率以及电极过程动力学参数等活性物质的电化学性能。对于??双电容电极材料来说，其ＣＶ曲线呈现出理想的矩形，而对于法拉第赝电容材料??而言，其ＣＶ曲线一般都带有明显的氧化还原峰。另外，通过ＣＶ曲线可以计算??出活性物质的比电容（式２－２）：??Ｃｓ?＝?（２－２）??ｓ?ｍｖＡＶ??式中：ｗ表示活性材料的质量；表示扫描速率；ＡＦ表示扫描电压窗口；?Ｓ表示??曲线所包围的面积（Ｓ?＝?／／ｄｌＯ??Ｉｃ?ｏ?＋?ｅ乂一?ｒ??Ｓ?＾?ｉ－ｒ?Ａｈ?Ｒ－一。??图２－２循环伏安测试曲线给定信号图和响应信号图??Ｆｉｇｕｒｅ?２－２?Ｃｙｃｌｉｃ?ｖｏｌｔａｍｍｏｇｒａｍ?ｔｅｓｔ?ｃｕｒｖｅ?ｇｉｖｅｎ?ｓｉｇｎａｌ?ｄｉａｇｒａｍ?ａｎｄ?ｒｅｓｐｏｎｓｅ?ｓｉｇｎａｌ?ｄｉａｇｒａｍ??２０??
Ｆｅ３〇４／ＲＧＯ?ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ．??：３．２．４?Ｆｅ３０４及其复合材料的ＴＥＭ测试结果分析??■■??图３－４?Ｆｅ３０４纳米颗粒的ＴＥＭ图谱??Ｆｉｇｕｒｅ?３－４?ＴＥＭ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ａｓ－ｐｒｅｐａｒｅｄ?Ｆｅ３〇４?ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ??为了直接观察Ｆｅ３〇４和Ｆｅ３〇４／ＲＧ？复合材料的微观形貌和晶体结构，使用??ＴＥＭ对样品进行了表征。图３－４是Ｆｅ３〇４的不同放大倍数下的ＴＥＭ图谱。从图??中可以看出采用共沉淀法得到的Ｆｅ３〇４纳米粒子近似球形。从低倍数图３－４?（ａ）??中可以看出Ｆｅ３〇４纳米粒子粒径分布均匀统一，且分散性良好，没有出现团聚的??情况。由图３－４?（ｂ）可以看出Ｆｅ３０４纳米粒子尺寸较小，平均尺寸为８？１０?ｎｍ左??右
【参考文献】：
期刊论文
[1]高比表面积生物质活性炭的制备及其电化学性能研究[J]. 姜可茂,吴琪琳. 功能材料. 2017(11)
[2]硫化镍/三维网络石墨烯复合材料制备及其在高性能超级电容器的应用研究（英文）[J]. 王晓敏,窦湟琳,田真,张久俊. 电化学. 2017(02)
[3]活化氧化石墨烯的制备及对甲基橙的吸附[J]. 周彩云,邓娟,朱君妍,周超,郭永福,周晓吉,白仁碧. 工业水处理. 2016(05)
[4]蜂窝状四氧化三钴的制备及其超级电容器性能[J]. 孙汶,朱平. 微纳电子技术. 2016(03)
[5]石墨烯/聚苯胺基超级电容器研究进展[J]. 王梦梦,李曦,杨琳琳,闫松玲,胡善洲,焦龙华. 材料导报. 2014(19)
[6]超级电容器电极材料的研究现状与展望[J]. 邢宝林,黄光许,谌伦建,张传祥,徐冰. 材料导报. 2012(19)
[7]石墨烯的制备与表征[J]. 马文石,周俊文,程顺喜. 高校化学工程学报. 2010(04)
[8]NaOH活化制备超级电容器用活性炭球电极材料[J]. 姜信敏,初茉,徐斌,侯珊珊. 电子元件与材料. 2009(08)
[9]球形纳米Fe3O4的制备及超级电容性能研究[J]. 陈洁,黄可龙,刘素琴. 无机化学学报. 2008(04)
[10]锂离子电池纳米负极电极材料[J]. 郑洪河,石磊,曲群婷,徐仲榆. 化学通报. 2006(10)
博士论文
[1]钴基过渡金属氧化物复合纳米薄膜材料的制备及其电化学性能研究[D]. 范慧清.浙江大学 2016
[2]多层次结构金属氧化物超级电容器电极材料的研究[D]. 于占军.武汉理工大学 2010
[3]超级电容器活性炭电极材料的孔径调控和表面改性[D]. 刘亚菲.同济大学 2008
[4]基于碳材料和氧化钌超级电容器的研究[D]. 慈颖.中国科学院研究生院（理化技术研究所） 2007
[5]高比能量电化学电容器的研究[D]. 王永刚.复旦大学 2007
[6]新型能源材料—电化学电容器与锂离子电池电极材料的研究[D]. 梁彦瑜.兰州大学 2006
硕士论文
[1]氧化铁复合纳米材料的水热制备及其超级电容特性研究[D]. 白波.太原理工大学 2017
[2]超级电容器用复合电极材料的制备及其性能研究[D]. 刘信东.南京理工大学 2016
[3]石墨制备石墨烯过程中产物三维结构及电学性能变化研究[D]. 王培草.西南科技大学 2015
[4]过渡金属氧化物电极材料的制备及其超级电容性能的研究[D]. 庄君霞.兰州理工大学 2014
[5]石墨烯/四氧化三钴复合材料的制备及其电化学性能研究[D]. 高翠侠.天津大学 2013
[6]多孔聚苯胺及其衍生电极材料的制备及其电容性能的研究[D]. 肖莹.哈尔滨工程大学 2013
[7]铁氧化物/石墨烯纳米复合材料的制备及超级电容性能研究[D]. 寿庆亮.浙江大学 2012
[8]多孔金属氧化物电极材料的制备及其超级电容性能研究[D]. 刘卯成.兰州理工大学 2011
本文编号：3065102
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