钴基石墨烯复合材料的制备及电化学性能研究

发布时间：2017-10-27 18:14

  本文关键词：钴基石墨烯复合材料的制备及电化学性能研究

  更多相关文章： 钴 石墨烯 电沉积 超级电容器 析氧反应

【摘要】：钴基石墨烯复合材料在超级电容器、燃料电池、电解水、锂离子电池等领域有着广泛的应用。由于钴基石墨烯复合材料电化学性能较好且较廉价,是最有望在相关领域取代贵金属材料的电极材料之一。本文旨在满足高效析氧反应和高性能超级电容器的需求,利用绿色高效的电沉积法来构造新型结构的钴基石墨烯复合材料。首先,使用二步电沉积法成功制备了CoS@eRG (electrochemically reduced graphene)复合电极。硫化钴石墨烯薄层由硫化钴纳米片和石墨烯纳米片相互交叉生长而成且具有开放的孔道,复合薄层材料厚约1 μm。以1 A/g电流密度充放电时,硫化钴石墨烯复合电极的比电容高达3386 F/g,是硫化钴电极的2.6倍。组装成的硫化钴石墨烯||活性炭非对称电容器的能量密度可达29Wh/kg,其功率密度可达40kW/kg,并且以1 A/g的电流密度持续充放电10000次后仍能保持70%的电容。其次,使用二步电沉积法制备了NixCo2xOH6x@eRG复合电极。钴镍氢氧化物所形成的纳米片状物的厚度大约为10-20 nm,并且石墨烯片与钴镍氢氧化物纳米片紧密结合。氢氧化钴镍石墨烯电极的塔菲尔斜率为67mV/dec,比氢氧化钴镍电极下降了15.2%。达到10 mA/cm2的析氧电流密度,氢氧化钴镍石墨烯电极所需的过电势仅为280 mV,比氢氧化钴镍电极降低12.5%。最后,采用电沉积法和煅烧法制备了NiCo2O4@eRG电极,在1 A/g充放电时,NiCo2O4@eRG电极的比电容为1076 F/g,是NiCo2O4电极的1.9倍。在大电流20 A/g充放电时,NiCo2O4@eRG电极的电容保留率是80.2%,而NiCo2O4仅是62.7%。氧化钴镍石墨烯电极在10 A/g的大电流下持续充放电1000次之后仍能保留初始比电容的84%,显示出较高的循环稳定性。
【关键词】：钴 石墨烯 电沉积 超级电容器 析氧反应
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33;O646
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 引言9-10
• 1 文献综述10-23
• 1.1 钴基石墨烯复合材料10-13
• 1.1.1 钴基电极材料简介10-11
• 1.1.2 石墨烯简介11-12
• 1.1.3 钴基石墨烯复合材料的制备12-13
• 1.2 钴基石墨烯复合材料在超级电容器中的应用13-17
• 1.2.1 超级电容器简介13-16
• 1.2.2 钴基石墨烯复合材料在超级电容器中的研究进展16-17
• 1.3 钴基石墨烯复合材料在析氧反应中的应用17-21
• 1.3.1 析氧反应简介17-20
• 1.3.2 钴基石墨烯复合材料在析氧反应中的研究进展20-21
• 1.4 本论文的选题依据与研究内容21-23
• 2 硫化钴石墨烯复合电极的制备及其电容性能研究23-46
• 2.1 实验部分23-27
• 2.1.1 主要仪器与材料23-24
• 2.1.2 硫化钴石墨烯复合电极的制备24-26
• 2.1.3 非对称电容器的组装26
• 2.1.4 电极材料的表征26
• 2.1.5 电化学性能测试26-27
• 2.2 结果与讨论27-45
• 2.2.1 复合材料的微观结构与组成分析27-35
• 2.2.2 硫化钴石墨烯电极的电容性能研究35-41
• 2.2.3 非对称电容器组装与性能研究41-45
• 2.3 本章小结45-46
• 3 氢氧化钴镍石墨烯复合电极的制备及其析氧性能研究46-66
• 3.1 实验部分46-49
• 3.1.1 主要仪器与材料46-47
• 3.1.2 钴镍双金属氢氧化物石墨烯复合电极的制备47-48
• 3.1.3 电极材料的表征48-49
• 3.1.4 电化学性能测试49
• 3.2 结果与讨论49-65
• 3.2.1 电极材料的结构与形貌分析49-53
• 3.2.2 电沉积条件对析氧性能的影响53-55
• 3.2.3 钴镍摩尔比对电化学性能的影响55-58
• 3.2.4 氢氧化钴镍石墨烯复合电极的析氧性能58-65
• 3.3 本章小结65-66
• 4 氧化钴镍石墨烯复合电极的制备及其电容性能研究66-78
• 4.1 实验部分66-68
• 4.1.1 主要仪器与材料66-67
• 4.1.2 氧化钴镍石墨烯复合电极的制备67-68
• 4.1.3 电极材料的表征68
• 4.1.4 电化学性能测试68
• 4.2 结果与讨论68-76
• 4.2.1 电极材料的结构与形貌分析68-72
• 4.2.2 氧化钴镍石墨烯电极的电容性能72-76
• 4.3 本章小结76-78
• 结论78-79
• 创新点与展望79-80
• 参考文献80-87
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况87-88
• 致谢88-89

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