硒化镍电极材料的制备及其在超级电容器中的应用

发布时间：2020-11-09 04:38

　　 随着过去的十年中,许多便携型、轻量型、可穿戴型新颖特性的电子元件迅速发展。为了实现这些设备的应用,一种轻型的便携式和可穿戴式电能储存设备是必备的。关于柔性超级电容器的研究也随之开展起来。提高能量密度一直都是对超级电容器更进一步启着至关重要的作用。提高电极的比电容和电容器的电压是两个有效提高超级电容器能量密度的有效手段。根据以上思路,本论文的工作开展如下:(1)采用具有三维结构的柔性碳布材料作为集流体,在常温下,利用简易的连续离子层吸附法制备NiSe_2电极材料。经电化学测试,柔性NiSe_2电极展现良好的电化学性能,其质量比电容达到了971.6 F g~(-1)(电流密度为1 A g~(-1)时)。将NiSe_2与AC电极组装成柔性非对称电容器,电势窗口拓展到1.6 V。在两电极体系下,NiSe_2//AC非对称电容器的比电容为68 F g~(-1),能量密度也达到了25.7Wh kg~(–1)。将其进行2000次的充放电循环测试后,依然保持81.7%的比电容,表现出良好的循环稳定性。(2)本章利用简单高效的电化学沉积法在室温状态下,成功地在柔性碳布上合成了具有高比电容的NiSe_2纳米片。测试得到NiSe_2电极材料在电流密度从2 A g~(-1)提升至10 A g~(-1)时,质量比电容从1058.5 F g~(-1)变化到996.3 F g~(-1),这可以说明所制备NiSe_2电极具有较高质量比电容和倍率性能。再将NiSe_2电极与AC电极组装成NiSe_2//AC非对称电容器进行电化学测试。当功率密度为800 W kg~(-1)时,能量密度达到32.7 Wh kg~(-1)。将其进行2000次的充放电循环测试后,依然保持86%的比电容,表现出良好的循环稳定性和耐用性。(3)本章通过水热法制备出Ni_(0.85)Se三维纳米薄片材料。利用涂覆法将制成Ni_(0.85)Se电极浆料,涂覆在碳布上制成柔性电极。通过电化学测试,获得了687F g~(-1)(2497 mF cm~(-2))。分别以Ni_(0.85)Se和AC为负极材料,构建Ni_(0.85)Se//AC柔性非对称超级电容器。电化学结果表明,该电容器在1 A g~(-1)的电流密度下,质量比电容达到96.3 F g~(-1)。获得最大能量密度和功率密度分别为34.2 Wh kg~(-1)和4000W kg~(-1)。在2 A g~(-1)电流密度下充放电循环5000次,比电容保持率依然高达94%,稳定性优异。
【学位单位】：华侨大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ138.13;TM53
【部分图文】：

图 1.1 各种储能器件的能量密度(E)与功率密度(P)的关系图[9]1.2 超级电容器的结构、储能机理以及性能评估1.2.1 超级电容器的结构作为一种新型的储能器件，超级电容器的结构主要是由集流体、电极材料、电解质和隔膜四部分组成[13, 14]，如图 1.2 所示。其中集流体和电极材料称为工作电极。其中集流体是电极材料的依附体，与外部电路连接，通过与电极材料的紧密结合而起到降低工作电极的接触内阻从而实现电流的大量收集。集流体还需具有耐腐蚀性，在电解质中能够保持化学稳定性。作为超级电容器的重要组成部分，电极材料承担着储存电荷的使命，一般由比表面积大、空隙高的纳米材料为主，例如，碳基材料（活性炭、碳纳米管，石墨烯等）、导电聚合物（聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等）、金属氧化物（RuO2、MnO2、NiO 等）和金属硫化物（Co2S、MoS2等）。超级电容器的电解质主要分

聚丙烯、玻璃纤维、高分子半透膜是目前隔膜主要的材料。图 1.2 超级电容器的结构示意图1.2.2 超级电容器的储能机理基于目前超级电容器的储能机理和结构，可以将其划分为三类：电化学双电层电容器（Electrical double layer capacitor）、法拉第赝电容器（FaradicPseudocapacitor）、和混合型超级电容器（Hybrid Supercapacitor）[15-17]。1.2.2.1 电化学双电层电容器电化学双电层电容器的储能机理是通过具有多孔结构的电极材料表面与电解液界面之间形成两种带有相反电性的电荷层，以达到储存电能的目的[18]。图1.3 为双电层电容器的储能原理图，充电时，电解液中的阴离子向正极定向迁移排列，阳离子向负极定向迁移排列，形成了双电层电容，达到了储存能量的目的。放电时，正负极表面的阴阳离子的定向分布被破坏，阴阳离子扩散到电解液中，达到了释放能量的目的[19, 20]。双电层电容器的电容主要由其电极材料来决定。碳材料因其具有良好的电导率、较高的比表面积、化学稳定性强和多孔隙结构，成

以达到储存电能的目的[18]。图1.3 为双电层电容器的储能原理图，充电时，电解液中的阴离子向正极定向迁移排列，阳离子向负极定向迁移排列，形成了双电层电容，达到了储存能量的目的。放电时，正负极表面的阴阳离子的定向分布被破坏，阴阳离子扩散到电解液中，达到了释放能量的目的[19, 20]。双电层电容器的电容主要由其电极材料来决定。碳材料因其具有良好的电导率、较高的比表面积、化学稳定性强和多孔隙结构，成
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本文编号：2875900