钴化合物的制备、活化及其超级电容器特性

发布时间：2020-02-03 04:19

【摘要】：超级电容器又称电化学电容器,是一种通过电解质离子在电极材料上的吸附脱附来实现能量的存储和释放的新型储能器件,具有高功率密度、长寿命、环境友好等优点。作为超级电容器活性材料,钴化合物具有高的理论容量、易于制备以及电化学稳定性高等优点,有着很大的发展潜力。本文简述了超级电容器的发展历史及研究现状,并以常见的电化学电容器材料β-Co(OH)2和Co3O4为研究对象,通过水热反应将它们合成为表面生长有纳米片的空腔微球结构,以刮涂的方式制成超级电容器电极,并测试了相关的电化学性能,在1A/g的电流密度下,它们分别表现出了 781.5F/g和755F/g的比容量;而在10A/g的电流密度下,两种电极仍有460F/g和431F/g的比容量,在此电流密度下充放电5000次后,两种电极都只衰减了 5%左右,表现出了很高的电化学稳定性,说明了对于作为超级电容器材料的β-Co(OH)2和Co3O4,这是一种很合适的纳米结构。在此基础上,本文还针对Co3O4电极提出了一种磷酸二氢盐热处理的方法,在不改变材料形貌的基础上提高了Co3O4电极的电化学性能。在1A/g的电流密度下,比容量相比处理前提高了65.56%,达到了1250F/g,在30A/g的电流密度下仍能保持最大比容量的68%,并且在该电流密度下循环充放电5000次,比容量基本没有下降,表现出了极高的稳定性。除此之外,本文还根据相关物质的化学性质,提出了活化过程中可能存在的反应过程。
【图文】：

电容器,双电层电容器,机理,电容

逡逑１．３．２．１双电层电容器逡逑如图１－２邋（ａ）所示，双电层电容器几乎不会在电极表面发生化学反应，在充电逡逑状态下，电极表面在外电压的作用下产生的净电荷会形成的一层电荷层，吸引电解逡逑．液中的异种电荷使它们有序地排列在电极－电解液界面，从而形成一个数量与电极电逡逑荷层相同而电荷相反的电荷层，因此称为双电层［９］。而在放电过程中，电容器正负逡逑极域外电路连通，电极板上的电子则会向外电路流动，而电解液与电极板界面上的逡逑带电粒子则会摆脱电极板的吸引，重新回到电解液中，回复到最初的状态。整个过逡逑程可以用公式１．１和１．２表示：逡逑ＥＳ１邋＋邋ＥＳ２邋＋邋Ａ＇邋＋邋Ｂ＋逦＞ｅ；，／／Ａ－邋＋邋Ｅ；２／／Ｂ￣逦（１．１）逡逑Ｅ＾／／Ａ＇邋＋Ｅ；２／／Ｂ＊邋＾ｈａｒｇｍｇ邋）￡＾邋＋邋＋邋Ａ＇邋＋邋Ｂ＋逦（１．２）逡逑多孔碳材料是最早的双电层电极材料，同时也是最普遍使用的电极材料，然而，逡逑碳材料虽然稳定

非对称电,容器

ＭＡＳＴＥＲ＇Ｓ邋ＴＨＥＳＩＳ逡逑当电容器接到外电路时，，逆反应则会发生，新的体相也会分解成初始的活性物质与逡逑Ｈ＋（或ＯＨ０，并释放（吸收）电子，原理如图１－２邋（ｂ）所示。对于聚合物材料来说，逡逑则是在外电压的作用下，通过电解液的带电粒子进行ｐ型或ＩＩ型掺杂，从而使电极逡逑板上聚集大量电荷储存能量。逡逑还有研宄表明，在赝电容电容器中也存在着静电吸附，产生的双电层电容约占逡逑总电容的５％－１０％。逡逑目前的赝电容电极材料主要有以下两种：（ｉ）导电聚合物，例如聚吡咯、聚苯逡逑胺及它们的衍生物等；（ｉｉ）过渡族氧化物及氢氧化物，例如Ｃｏ和Ｎｉ的氧化物氢氧逡逑化物，还有Ｍｎ、Ｉｒ和Ｒｕ的氧化物等［１Ｑ－１２］。逡逑１．３．２．３非对称电容器逡逑非对称电容器，是指两个电极的储能机理分别对应赝电容和双电层，如图１．３逡逑所示。一般正极为赝电容材料，负极为双电层材料（碳材料之类），这样可以利用逡逑两个电极之间的电压差
【学位授予单位】：华中师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM53;O614.812

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