氢氧化钴和复合材料纳米结构及其超级电容性能的研究

发布时间：2018-04-27 09:13

本文选题：超级电容器 + 电极材料　；参考：《西南大学》2015年硕士论文

【摘要】：超级电容器是能量存储与转换设备中非常重要的一个组成部分,相对于传统电容器而言,超级电容器具有更高的能量密度；同时与电池、燃料电池相比,超级电容器具有更大的功率密度；因此超级电容器在传统能量存储系统中起到了很好的桥梁作用。影响超级电容器性能的因素有多种,例如：电解液、电极材料、集流体、超级电容器的工艺构造等,其中最为关键的则是电极材料,因此开发新型、具有优良电容特性的电极材料是目前科研工作者关注的热点与方向。其中Co(OH)2材料由于具有很好的电容性能而研究较多,同时一些金属硫化物如CoS、NiS等新型材料亦受到广泛关注。基于以上思路,本论文在大量查阅文献的基础上,对超级电容器的基础信息进行了概述。利用新方法、新思路成功制备了性能优良的超级电容器电极材料,通过对其电容性能进行了表征、测试与分析,研究发现：超级电容器电极材料的比表面积大小对其电容性能有着重要的影响,而形貌是决定材料比表面积的重要因素,因此制备特殊形貌、具有丰富孔结构、高比表面积的电极材料是提高其电容性能的关键所在；同时,由于单一的电极材料往往具有不可避免的自身缺陷,材料间的纳米复合与修饰由于其协同效应而有效的改进材料的物理和化学性能,如：提高材料的导电性、增大材料的比表面积、改善材料的表面性能等,从而形成电容性能更好的复合材料。因此对超级电容器电极材料进行纳米修饰与复合也是对电极材料改性的重要方法。在此基础上本论文主要对以下几个方面的内容进行了描述：(1)对超级电容器的背景知识及应用、工作原理及分类、电极材料的研究现状及不足等进行了综述,进而提出了论文研究的思路和意义。(2)对本论文涉及的超级电容器电极材料的纳米合成方法、表征手段及电化学测试方法进行了概述,同时对本论文的实验条件进行了简要介绍。(3)利用Cu20原位刻蚀法制备和调控不同形貌空壳Co(OH)2材料,所制备材料分别为立方体形空壳Co(OH)2、正八面体形空壳Co(OH)2和花状空壳Co(OH)2。通过对不同形貌空壳Co(OH)2进行电容性能测试发现：花状空壳结构的Co(OH)2在2 mV/s的扫描速率下,比容量值最高达到1350.5 F/g,而立方体形、正八面体形空壳结构的Co(OH)2的比容量则分别为1180.5 F/g、986.4 F/g;这一电化学结果与三种材料的BET数据一致,即：花状、立方体形以及正八面体形空壳Co(OH)2的比表面积分别为44.8 m2/g、20.1 m2/g、24.7 m2/g,通过对三种形貌材料的理论比表面积进行计算,发现花状形貌的材料具有最大的理论比表面积而正八面体形的则最小。由此可见：材料的比表面积对于其电容有着重要的作用,同时材料的形貌又在一定程度上决定了比表面积的大小,因此制备具有高比表面积、特殊形貌的电极材料是取得优良电容性能的关键。(4)利用水热法成功制备并首次研究了Bi2S3纳米棒的超级电容性能,然而Bi2S3本身的电容性能并不好,因此利用Co(OH)2进行纳米修饰Bi2S3纳米棒制备了其复合材料,并研究了其在超级电容器中的应用。对材料进行了全面的电化学测试与表征；研究发现,在1 mA/cm2的电流密度下,单独Bi2S3纳米棒的比容量为18 mF/cm2;通过电沉积Co(OH)2对其进行纳米修饰后,复合物材料的比容量增加到了66.7 mF/cm2;且循环1000圈后的容量保持率也从85%提高到94%。复合物电容性能的提高主要是因为电沉积Co(OH)2之后,复合物表面形成了网格状孔结构,从而大大提高了材料对电解液的接触与吸附能力,进而提高了材料的比容量,同时在循环过程中,Co(OH)2减小了Bi2S3材料的坍塌与溶解,从而有效的增强了材料的循环稳定性能。(5)对整篇论文进行了总结与归纳,并对超级电容器电极材料的研究进行了展望。
[Abstract]:Supercapacitors are a very important part of energy storage and conversion equipment , and the super capacitors have higher energy density compared with traditional capacitors .
meanwhile , compared with the battery and the fuel cell , the super capacitor has a larger power density ;
This paper introduces the basic information of super capacitor , which is based on a large number of references . It has been found that the specific surface area of super capacitor electrode material has an important influence on its capacitance performance , and the shape is the important factor to determine the specific surface area of super capacitor .
It is found that the specific surface area of super capacitor electrode is 44.8 m2 / g , 20.1 m2 / g and 24.7m2 / g respectively . ( 4 ) By using hydrothermal method to prepare and first study the super - capacitor performance of Bi _ 2S3 nanorods , the performance of the capacitor is not good enough , therefore , the composite material is prepared by using Co ( OH ) 2 to prepare the composite material , and its application in super - capacitor is studied . The material is subjected to comprehensive electrochemical test and characterization ;
It was found that the specific capacity of the composite material was 18 mF / cm 2 at a current density of 1 mA / cm2 , the specific capacity of the composite material increased to 66.7 mF / cm2 by electrodeposition of Co ( OH ) 2 , and the capacity retention rate after 1000 cycles of cycle increased from 85 % to 94 % .

【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ138.12;TB33

【参考文献】