三维金属集流体的构建及其复合氧化物超级电容器电极材料的研究

发布时间：2017-12-14 08:31

  本文关键词：三维金属集流体的构建及其复合氧化物超级电容器电极材料的研究

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【摘要】：随着人类社会的发展和技术的进步,及化石能源的枯竭和其对环境的污染等问题的存在,使得对新能源及新储能设备的研究受到人们的关注。在这样的环境下,超级电容器以其环保、高功率密度、寿命长和快充放电速率等优点成为研究的主流。金属氧化物正以其资源丰富、价格低廉、环境友好、比容量高等优点逐步取代碳基电极材料。然而,金属氧化物材料的低导电率和循环寿命短是其不足,这些缺陷影响了其作为电极的性能。因此,我们设计了一种新型的纳米镍管阵列作为电极材料的集电极,与氧化物材料进行复合。用以提升超级电容器电极材料的性能。在本论文中,我们设计了一个简单的模板法合成了三维镍纳米管阵列,通过金层的引入优化了镍集电极的制备环境,使得我们合成的镍集电极呈现出了精妙且稳定的纳米管阵列结构。以这种纳米镍管为集电极,我们进一步使用简单的电沉积方法在其表面复合了氧化铁纳米针和氧化锰纳米片,分别作为超级电容器的负极和正极材料。两种材料都表现出了优异的电化学性能。其中,氧化铁@镍负极的比容量高达418.7Fg-1。氧化锰@镍正极材料比容量达到440.7F g-1。正是我们设计的这种精妙的核/分支混合纳米结构,使得我们的电极材料在正负极两端都表现出了高比容量、低电阻率、倍率性能良好和循环稳定性优异等诸多特点。这种纳米金属导电集流体与纳米氧化物复合的精巧设计,为提高超级电容器电极材料性能提供了一个新的思路。为了探究我们所制备电极材料的应用前景,我们使用氧化铁@镍纳米管阵列材料作为负极,以氧化锰@镍纳米管材料作为正极,1摩尔每升的硫酸钠溶液作为电解液,匹配了电位窗口 1.6V的水系非对称电容器;以PVA/硫酸钠凝胶电解质粘接正负极组装了固态非对称电容器。两个体系的非对称电容器都有高的功率密度和能量密度,水系非对称电容器体系,在3197.7Wkg-1的功率密度下可以得到高达34.1Wh kg-1的能量密度。甚至在50981.4Wkg-1的功率密度下依然有22.8Whkg-1的能量密度。固态非对称电容器,在3199.5Wkg-1的功率密度下也有32.2Whkg-1的能量密度。我们设计的这种新颖的电极材料在高性能能量储存装置系统中的实际应用具有广大的前景。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB33;TM53

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本文编号：1287239