基于氧化物的纳米储能器件复合电极的制备及其电化学性能研究

发布时间：2017-08-10 14:06

  本文关键词：基于氧化物的纳米储能器件复合电极的制备及其电化学性能研究

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【摘要】：近年来氧化物作为纳米储能器件电极材料得到了广泛的关注和研究。在锂离子电池方面,以TiO2为例,由于其优越的结构稳定性及安全的嵌锂电位,被认为是很有潜力的传统石墨负极材料的替代者。不过,TiO2理论容量较低,需要将其与理论容量较高的材料进行复合。其中Fe2O3来源广泛,价格低廉,理论容量高达1005mAh/g,从而倍受关注。不过这两种氧化物导电性能差,因此需要设计合理的混合结构来解决这一问题。在本论文中,我们先采用水热法合成Co2(OH)2CO3纳米线阵列作为模板,再结合两步ALD的方法,分别沉积TiO2和Fe2O3,得到了TiO2/Fe2O3同轴纳米管阵列电极。由于其完美结合了TiO2结构稳定和Fe2O3理论容量高的特点,同时直接生长在Ti片基底上的纳米管阵列结构很好的改善了其导电性能。所以该TiO2@Fe2O3纳米管阵列复合电极表现出了优异的电化学性能,也为今后合成多组分复合电极提供了一个良好的思路。在超级电容器方面,由于赝电容材料产生的法拉第电容要远远大于传统碳材料的双电层电容,以Fe2O3为例,其适当的负电位窗口,高的理论电容和丰富的来源,被认为是一种很有前途的非对称超级电容器负极材料。但是较差的导电性抑制了其发展。通常引入导电材料与Fe2O3复合来进行优化,金属硫化物的导电性通常远远优于其同类氧化物,并且目前关于Fe2O3@FeS2复合材料作为超级电容电极材料还没有相关研究。在本论文中,我们通过简单地一步水热法合成了FeS2纳米片结合Fe2O3纳米微球的异质结构,其中Fe2O3纳米微球由许多个超小的纳米棒组成且紧密连接在FeS2纳米片上。FeS2的引入大大提高了其导电性能,通过Fe2O3@FeS2复合的协同效应,Fe2O3@FeS2复合电极表现出了优越的电化学性能。这项工作为开发高性能的基于Fe2O3的超级电容器电极材料的研究带来了新的机遇。
【关键词】：锂离子电池 超级电容器 氧化物 复合电极 二氧化钛@三氧化二铁 三氧化二铁@二硫化亚铁
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O646.54;TM53
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-28
• 1.1 锂离子电池10-17
• 1.1.1 锂离子电池的工作原理11
• 1.1.2 锂离子电池负极材料11-17
• 1.2 超级电容器17-20
• 1.2.1 超级电容器的工作原理17-18
• 1.2.2 超级电容器电极材料18-20
• 1.3 氧化物电极材料20-26
• 1.3.1 氧化物电极材料面临的挑战20-21
• 1.3.2 氧化物电极材料的研究现状21-26
• 1.4 本论文研究目的和内容26-28
• 1.4.1 研究目的26-27
• 1.4.2 研究内容27-28
• 2 实验方法及技术28-32
• 2.1 实验药品和仪器设备28-29
• 2.2 材料结构和形貌表征29-30
• 2.2.1 X射线衍射仪(XRD)29
• 2.2.2 扫描电子显微镜(SEM)29-30
• 2.2.3 透射电子显微镜(TEM)30
• 2.2.4 X-射线光电子能谱(XPS)30
• 2.3 电化学性能表征30-32
• 2.3.1 循环伏安测试(CV)30
• 2.3.2 恒流充放电测试(GCD)30-31
• 2.3.3 交流阻抗测试(EIS)31-32
• 3. TiO_2@Fe_2O_3同轴纳米管阵列作为锂离子电池负极材料的制备及性能研究32-48
• 3.1 引言32
• 3.2 实验部分32-34
• 3.2.1 材料制备32-34
• 3.2.2 材料表征34
• 3.2.3 电化学性能测试34
• 3.3 结果与讨论34-46
• 3.3.1 结构与形貌分析34-41
• 3.3.2 电化学性能分析41-46
• 3.4 本章小结46-48
• 4 Fe_2O_3@FeS_2复合材料的制备及电化学性能研究48-62
• 4.1 引言48
• 4.2 实验部分48-49
• 4.2.1 材料制备48-49
• 4.2.2 材料表征49
• 4.2.3 电化学性能测试49
• 4.3 结果与讨论49-61
• 4.3.1 结构与形貌分析49-55
• 4.3.2 电化学性能分析55-61
• 4.4 本章小结61-62
• 5 结论及工作展望62-64
• 5.1 结论62
• 5.2 工作展望62-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-78
• 附录78

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本文编号：651096