三维纳米多孔结构金属基复合膜电极的制备与赝电容性能

发布时间：2017-10-07 23:26

  本文关键词：三维纳米多孔结构金属基复合膜电极的制备与赝电容性能

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【摘要】：超级电容器作为一种新型的能量存储装置,因其具有功率密度高、循环性能好及充放电效率高等优点,近年来已成为能量存储与转化领域的研究热点之一。电极材料是影响超级电容器性能的关键因素。钴、镍等过渡金属氧化物因其理论比容量高、价格低廉、环境友好、易制备而受到广泛关注。本论文通过对超级电容器电极进行三维结构纳米化的设计,利用模板-电沉积技术结合在空气中热处理的方法分别制备了三维纳米多孔Co/Co O和Co-Ni/Co O-Ni O薄膜电极,采用相应的分析测试手段对所制备材料的形貌结构、成分等进行了表征,对膜电极材料进行了循环伏安、恒流充放电及交流阻抗等电化学性能测试。主要研究内容和结果如下:(1)所制备的三维纳米多孔Co/Co O膜电极:在电流密度为4 m A/cm2下,比容量为0.26 F/cm2(572.8 F/g),常温下循环充放电60 000次容量保持率几乎为100%,三维纳米钴/钴氧化物膜电极表现出优异的循环稳定性。(2)以具有一定钴、镍比例的水溶液作为沉积液制备了三维纳米多孔Co-Ni/Co O-Ni O复合膜电极。当钴与镍的摩尔比为3:7,在10 m A/cm2的电流密度下,复合氧化物膜电极的比容量高达2.35 F/cm2,能量密度和功率密度分别为12.7 Wh/L和450 W/L,经过5 000次循环充放电后比容量保持率高达89.7%,三维纳米Co-Ni/Co O-Ni O复合膜电极表现出优异的电容性能、大电流放电能力和良好的循环稳定性,证明了其在超级电容器中极具应用潜力。(3)制备了具有不同孔结构的Co-Ni/Co O-Ni O复合膜电极,与三维纳米介孔结构复合膜电极相比,三维纳米大孔/介孔多级孔结构的Co-Ni/Co O-Ni O复合膜电极充分活化后,复合膜电极面积比容量高达9.8 F/cm2,其相应的体积比容量和质量比容量分别高达1960 F/cm3和817 F/g。此外,该复合膜电极表现出卓越的倍率性能和循环稳定性。所有这些结果说明该电极在能量储存方面是非常有前途的。
【关键词】：超级电容器 三维纳米多孔结构 模板-电沉积法 Co/CoO薄膜 Co-Ni/CoO-NiO复合膜 赝电容性能
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM53
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 引言10
• 1.2 超级电容器概述10-17
• 1.2.1 超级电容器的工作原理10-12
• 1.2.2 超级电容器的特点与应用12-14
• 1.2.3 超级电容器电极材料14-17
• 1.3 纳米多孔金属薄膜17-19
• 1.3.1 纳米多孔薄膜的制备方法17-18
• 1.3.2 纳米多孔金属薄膜在超级电容器中的应用18-19
• 1.4 本论文的研究内容与意义19-20
• 第2章 实验方法与表征20-26
• 2.1 化学试剂及仪器20-21
• 2.1.1 化学试剂20
• 2.1.2 仪器设备20-21
• 2.2 薄膜电极的制备21-23
• 2.2.1 纳米多孔二氧化硅模板的制备21
• 2.2.2 纳米多孔氧化硅模板的预处理21
• 2.2.3 纳米多孔金属薄膜的制备21-22
• 2.2.4 纳米多孔金属的氧化22-23
• 2.3 性能和结构表征23
• 2.3.1 压汞测试23
• 2.3.2 X射线衍射分析23
• 2.3.3 扫描电子显微镜观察23
• 2.3.4 X射线光电子能谱分析23
• 2.3.5 透射电子显微镜观察23
• 2.4 电极的电化学性能测试23-26
• 2.4.1 电化学性能测试方法23-24
• 2.4.2 循环伏安测试24
• 2.4.3 恒流充放电测试24-25
• 2.4.4 循环稳定性测试25
• 2.4.5 交流阻抗测试25
• 2.4.6 电极的性能测试条件25-26
• 第3章 三维纳米多孔Co/CoO薄膜电极的制备与赝电容性能研究26-38
• 3.1 电极的制备26-27
• 3.2 多孔二氧化硅模板的形貌与结构分析27-29
• 3.3 三维纳米多孔Co/CoO膜电极的形貌与结构分析29-32
• 3.4 三维纳米多孔Co/CoO膜电极的赝电容性能分析32-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第4章 三维纳米多孔钴镍双金属基复合膜电极的制备与赝电容性能研究38-57
• 4.1 复合膜电极的制备与测试38
• 4.2 不同孔分布的二氧化硅模板形貌与压汞测试分析38-40
• 4.3 钴/镍比例对复合膜电极电容性能的影响40-46
• 4.3.1 薄膜电极的断面形貌与结构表征40-42
• 4.3.2 循环伏安行为42-43
• 4.3.3 倍率性能分析43-45
• 4.3.4 循环稳定性分析45-46
• 4.3.5 电化学阻抗分析46
• 4.4 孔结构对电极赝电容性能的影响46-56
• 4.4.1 多孔复合膜电极的形貌与结构分析46-50
• 4.4.2 循环伏安行为50-51
• 4.4.3 比容量与放电电流密度的关系51-53
• 4.4.4 能量密度和功率密度随电流密度的变化曲线53
• 4.4.5 充放电循环稳定性53-54
• 4.4.6 交流阻抗行为54-55
• 4.4.7 电极材料循环后的形貌分析55-56
• 4.5 本章小结56-57
• 结论57-58
• 参考文献58-65
• 攻读硕士学位期间的研究成果65-66
• 致谢66-67
• 作者简介67

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 张慧;李莎;刘畅;李朗;万厚钊;王浩;;Ni-Co双金属氧化物纳米结构制备及其在超级电容器中的应用[J];广州化工;2017年15期

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本文编号：990698