钴锰氧化物复合材料的制备及其电化学性能研究

发布时间：2017-09-05 02:38

  本文关键词：钴锰氧化物复合材料的制备及其电化学性能研究

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【摘要】：目前锰氧化物和钴氧化物做为超级电容器的电极材料而被广泛地研究。锰氧化物具有较高的理论比容量,但它的电子导电性很差,导致它的实际比容量远没有达到理论比容量;钴氧化物同样具有高理论比容量,并且还具备良好的电子导电性,然而钴氧化物的价格要比其它廉价过渡金属氧化物昂贵,并且在使用过程中会对环境产生污染,这些缺点限制了钴氧化物的应用。本文主要运用掺杂、取代和包覆多种方法将锰氧化物和钴氧化物进行复合改性,改善材料的电子导电性,促进离子扩散,降低成本,制备兼具优良电化学性能和价格低廉特点的复合材料,并表征材料、测试性能,分析结果。采用水热法对Mn_3O_4掺杂钴后,它的六角形纳米片直径变小,电子导电性提高,扩散阻抗减小。在钴的掺杂比例为1.0%时,0.5 Ag~(-1)的电流密度下其放电比容量达到307.9 Fg~(-1),高于未掺杂钴的242.5 Fg~(-1);在10 Ag~(-1)时仍有201.2 Fg~(-1),容量保持率为65.28%,并在1000次循环后基本保持不变。用低廉的锰氧化物部分取代昂贵的钴氧化物,采用简单的液相共沉淀法合成钴锰二元金属氧化物(Co_(1.5)Mn_(1.5)O_4)纳米片,确定了添加氯化钴和氯化锰的最佳摩尔比为1:1。Co_(1.5)Mn_(1.5)O_4具有的纳米片结构、高比表面积、合适的孔径分布及良好的电子导电性使其表现出了卓越的电化学性能:在0.5 Ag~(-1)时放电比容量高达472.5 Fg~(-1),经历1000次充放电循环几乎没有衰减,10 Ag~(-1)时仍然可以保持338.5 Fg~(-1)。用导电性较差、结构不稳定但比表面积大的超薄MnO2纳米片包覆导电性良好、结构稳定的Co3O4纳米线,在泡沫镍上制备了Co_3O_4@MnO_2核壳阵列复合电极材料,其放电比容量在0.5 Ag~(-1)时高达533.9 Fg~(-1),10 Ag~(-1)时仍能保持63.9%,且经过2000次循环后的容量保持率依然接近100%。
【关键词】：锰氧化物 钴氧化物 复合 超级电容器
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33;O646
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-29
• 1.1 引言11
• 1.2 超级电容器概述11-14
• 1.2.1 超级电容器分类11-12
• 1.2.2 超级电容器的储能机理12-13
• 1.2.3 超级电容器的结构组成13-14
• 1.3 超级电容器的电极材料14-21
• 1.3.1 碳电极材料14-16
• 1.3.2 导电聚合物电极材料16
• 1.3.3 过渡金属氧化物电极材料16-19
• 1.3.4 复合电极材料19-21
• 1.4 本课题的研究目的及主要内容21-22
• 参考文献22-29
• 第2章 实验方法29-35
• 2.1 实验药品和仪器29-30
• 2.2 电极材料的制备30-31
• 2.2.1 水热法制备钴掺杂的六角形Mn_3O_4纳米片30
• 2.2.2 二元金属氧化物Co_(1.5)Mn_(1.5)O_4的制备30-31
• 2.2.3 在泡沫镍上生长具有核壳结构的Co_3O_4@MnO_2阵列31
• 2.3 电极制备及超级电容器组装31-32
• 2.3.1 电极制备31-32
• 2.3.2 超级电容器组装32
• 2.4 材料表征32-33
• 2.4.1 X-射线衍射分析(XRD)32
• 2.4.2 场发射扫描电镜(FE-SEM)32-33
• 2.4.3 透射电子显微镜分析(TEM)33
• 2.4.4 比表面积分析33
• 2.5 电化学性能测试33-35
• 2.5.1 循环伏安测试(CV)33-34
• 2.5.2 恒电流充放电测试(GC)34
• 2.5.3 电化学交流阻抗测试(EIS)34-35
• 第3章 钴掺杂的六角形Mn_3O_4纳米片的制备及其电化学性能的研究35-44
• 3.1 材料表征35-37
• 3.1.1 XRD分析35-36
• 3.1.2 SEM分析36-37
• 3.2 电化学性能测试37-42
• 3.2.1 循环伏安测试37-38
• 3.2.2 恒流充放电测试38-39
• 3.2.3 倍率性能测试39-40
• 3.2.4 交流阻抗测试40-41
• 3.2.5 循环寿命测试41-42
• 3.3 本章小结42-43
• 参考文献43-44
• 第4章 二元金属氧化物Co_(1.5)Mn_(1.5)O_4的制备及其电化学性能的研究44-56
• 4.1 钴锰最优反应比例的探索44-45
• 4.1.1 不同反应比例下循环伏安分析44-45
• 4.1.2 不同反应比例下恒流充放电分析45
• 4.2 材料表征45-49
• 4.2.1 XRD分析45-46
• 4.2.2 SEM分析46-47
• 4.2.3 TEM分析47-48
• 4.2.4 比表面积与孔径分布48-49
• 4.3 电化学性能测试49-53
• 4.3.1 循环伏安测试49-50
• 4.3.2 恒流充放电测试50-51
• 4.3.3 倍率性能测试51-52
• 4.3.4 循环寿命测试52-53
• 4.3.5 交流阻抗测试53
• 4.4 本章小结53-55
• 参考文献55-56
• 第5章 Co_3O_4@MnO_2核壳阵列复合材料的制备及其电化学性能的研究56-66
• 5.1 材料表征56-59
• 5.1.1 XRD分析56-57
• 5.1.2 SEM分析57-58
• 5.1.3 TEM分析58-59
• 5.2 电化学性能测试59-64
• 5.2.1 循环伏安测试59-60
• 5.2.2 恒流充放电测试60-61
• 5.2.3 倍率性能测试61-62
• 5.2.4 循环寿命测试62-63
• 5.2.5 交流阻抗测试63-64
• 5.3 本章小结64
• 参考文献64-66
• 结论66-68
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果68-70
• 致谢70

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本文编号：795343