过渡金属硫化物量子点材料在混合超级电容器中的应用研究
发布时间：2021-11-26 23:03
超级电容器凭借着高功率密度、可快速充放电、稳定安全和易于维护等优点,成为极具研究价值和应用潜力的储能器件。目前已经商业化的对称超级电容器基于碳材料为主的双电层型电极,其能量密度与锂离子电池等二次电池相比仍然存在着较大的差距。此外,各种赝电容型材料尽管突破了静电电容存储的限制,但以块体材料为主的结构设计致使其充放电稳定性方面的表现难以达到商业化标准。超级电容器单元的容量性能很大程度上依赖于构成电极材料的晶相、组成、结构和形貌特征,因此开发新型正极材料,并加以合理设计调控,可有效地提高单位质量的储能密度。电化学活性活跃的过渡金属硫化物,因其理论比容量大、导电性优良等特点而成为新兴的超级电容器正极材料。尽管研究者们在对过渡金属硫化物的形貌合成方面取得了较多的成果,并系统地考察了它们的电化学储能特性,但目前金属硫化物作为超级电容器的电极材料应用仍然存在着一些不容忽视的难点,如块体结构抑制了反应活性位点的暴露阻碍了离子的快速扩散、硫化物材料本身晶格结构崩塌导致电极在循环充放电过程中的不稳定性、面向商业化可规模化合成和物相控制的方法学设计以及双金属离子间电化学活性协同调制的潜在机理等。针对这些现存...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：137 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２超级电容器的基本结构示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｂａｓｉｃ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ａ?ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒ??
容能够达到比常规静电电容器高得多的电??容值。在双电层型电容器中，正负两个电极平行地插入至电解液中，电极上存在??着可自由迁移的电子，溶液中同样均匀分散着可扩散的正负离子。另外双电层电??极同时也被要求为工作电压内的理想极化电极，在充放电过程中不发生额外的电??化学反应。充电时，在正负两电极之间施加一个小于溶剂分解电压的电压，此时??电解质离子在电场的作用下迅速向阴阳两极迁移而致密排列，并与电极上富集的??电子构成双电层，产生电容效应，以电荷的形式在电极和电解质界面间储存能量??如图１．３所示。即使在充电完成后断开电源，电极上的电子由于与对立的离子层??产生静电吸引而能够很好地保持住电压。放电时，正负极通过负载实现外电路连??通，此时负极的电子经由负载传递回正极，同时电解液中的正负电极界面电吸附??的离子也被释放，逐步自由扩散回溶液体相中。因此可以看出，在双电层储存和??释放能量的过程中仅依靠电荷和电子可逆的物理迁移，并无涉及电化学反应，所??以通常具有突出的倍率性能和循环稳定性能。由于离子只吸附在电极的二维表面??接触储能，因而电极材料的比表面积、孔隙率以及良好的浸润性、导电性等特性??突显得十分关键。对于双电层型超级电容器单元而言，是由正极和负极这样两个??具有同样储能机制的双电层结构串联组ｆ的，中间充满电解液并以隔膜隔开。??關??Ｐｆ?ｌ￣ｒｌ??正极正电荷负电荷负极??图１．３双电层型超级电容器的电荷储能机理示意图??７??
?第３章配体诱导的ＮｉＳ２量子点用于先进超级电容器储能???于吡啶配体。进一步测定Ｐ－ＮｉＳ２的吸收光谱，并计算相应的Ｔａｕｃ曲线（图３．３）。??可以得出，由于量子尺寸效应，Ｐ－ＮｉＳ２的带隙从本体ＮｉＳ２材料的２．６６ｅＶ增加至??２，９４?ｅＶ。此外，作为对比配体诱导的ＮｉＳ２量子点电化学性能的参考样，采用溶??剂热法合成了粒径为２３０?ｎｍ的ＮｉＳ２块体材料（图３．４）。??議＿??圓■■■??图３．２典型的原始＞＾２量子点的（ａ）透射电镜图和（ｂ）高分辨透射电镜图；（ｃ）单个放??大的ＮｉＳ２量子点高分辨电镜图；（ｄ）相应的选区电子衍射图；吡啶配体交换后的ＮｉＳ２量子??点的（ｅ）透射电镜图，（ｆ）?ＥＤＳ能谱和（ｇ－ｊ）扫描透射电镜元素面扫图??Ｆｉｇｕｒｅ?３．２?Ｔｙｐｉｃａｌ?（ａ）?ＴＥＭ?ａｎｄ?（ｂ）?ＨＲＴＥＭ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?ｐｒｉｍｉｔｉｖｅ?ＮｉＳ２?ＱＤｓ．?（ｃ）?Ａ?ｍａｇｎｉｆｉｅｄ??ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ?ＮｉＳ２?ｑｕａｎｔｕｍ?ｄｏｔ．?（ｄ）?Ｔｈｅ?ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ?ＳＡＥＤ?ｐａｔｔｅｒｎ，?（ｅ）?ＴＥＭ，?（ｆ）?ＥＤＳ?ｉｍａｇｅ?ａｎｄ??（ｇ－ｊ）?ＳＴＥＭ?ｍａｐｐｉｎｇ?ｐａｔｔｅｒｎｓ?ｏｆ?ＮｉＳ２?ＱＤｓ?ａｆｔｅｒ?ｔｈｅ?ｐｙｒｉｄｉｎｅ?ｌｉｇａｎｄ?ｅｘｃｈａｎｇｅ??４１??
本文编号：3521092
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：137 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２超级电容器的基本结构示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｂａｓｉｃ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ａ?ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒ??
容能够达到比常规静电电容器高得多的电??容值。在双电层型电容器中，正负两个电极平行地插入至电解液中，电极上存在??着可自由迁移的电子，溶液中同样均匀分散着可扩散的正负离子。另外双电层电??极同时也被要求为工作电压内的理想极化电极，在充放电过程中不发生额外的电??化学反应。充电时，在正负两电极之间施加一个小于溶剂分解电压的电压，此时??电解质离子在电场的作用下迅速向阴阳两极迁移而致密排列，并与电极上富集的??电子构成双电层，产生电容效应，以电荷的形式在电极和电解质界面间储存能量??如图１．３所示。即使在充电完成后断开电源，电极上的电子由于与对立的离子层??产生静电吸引而能够很好地保持住电压。放电时，正负极通过负载实现外电路连??通，此时负极的电子经由负载传递回正极，同时电解液中的正负电极界面电吸附??的离子也被释放，逐步自由扩散回溶液体相中。因此可以看出，在双电层储存和??释放能量的过程中仅依靠电荷和电子可逆的物理迁移，并无涉及电化学反应，所??以通常具有突出的倍率性能和循环稳定性能。由于离子只吸附在电极的二维表面??接触储能，因而电极材料的比表面积、孔隙率以及良好的浸润性、导电性等特性??突显得十分关键。对于双电层型超级电容器单元而言，是由正极和负极这样两个??具有同样储能机制的双电层结构串联组ｆ的，中间充满电解液并以隔膜隔开。??關??Ｐｆ?ｌ￣ｒｌ??正极正电荷负电荷负极??图１．３双电层型超级电容器的电荷储能机理示意图??７??
?第３章配体诱导的ＮｉＳ２量子点用于先进超级电容器储能???于吡啶配体。进一步测定Ｐ－ＮｉＳ２的吸收光谱，并计算相应的Ｔａｕｃ曲线（图３．３）。??可以得出，由于量子尺寸效应，Ｐ－ＮｉＳ２的带隙从本体ＮｉＳ２材料的２．６６ｅＶ增加至??２，９４?ｅＶ。此外，作为对比配体诱导的ＮｉＳ２量子点电化学性能的参考样，采用溶??剂热法合成了粒径为２３０?ｎｍ的ＮｉＳ２块体材料（图３．４）。??議＿??圓■■■??图３．２典型的原始＞＾２量子点的（ａ）透射电镜图和（ｂ）高分辨透射电镜图；（ｃ）单个放??大的ＮｉＳ２量子点高分辨电镜图；（ｄ）相应的选区电子衍射图；吡啶配体交换后的ＮｉＳ２量子??点的（ｅ）透射电镜图，（ｆ）?ＥＤＳ能谱和（ｇ－ｊ）扫描透射电镜元素面扫图??Ｆｉｇｕｒｅ?３．２?Ｔｙｐｉｃａｌ?（ａ）?ＴＥＭ?ａｎｄ?（ｂ）?ＨＲＴＥＭ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?ｐｒｉｍｉｔｉｖｅ?ＮｉＳ２?ＱＤｓ．?（ｃ）?Ａ?ｍａｇｎｉｆｉｅｄ??ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ?ＮｉＳ２?ｑｕａｎｔｕｍ?ｄｏｔ．?（ｄ）?Ｔｈｅ?ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ?ＳＡＥＤ?ｐａｔｔｅｒｎ，?（ｅ）?ＴＥＭ，?（ｆ）?ＥＤＳ?ｉｍａｇｅ?ａｎｄ??（ｇ－ｊ）?ＳＴＥＭ?ｍａｐｐｉｎｇ?ｐａｔｔｅｒｎｓ?ｏｆ?ＮｉＳ２?ＱＤｓ?ａｆｔｅｒ?ｔｈｅ?ｐｙｒｉｄｉｎｅ?ｌｉｇａｎｄ?ｅｘｃｈａｎｇｅ??４１??
本文编号：3521092
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