分析密度超级电容器用过渡金属氧化物及其复合物

论文导读：(Ni-CoLDHs)前驱体，然后在空气中热解得到三维花状结构的Ni-Co复合氧化物电极材料。Co_3O_4的掺杂增加了电极的导电性，并且Ni-Co复合氧化物具有大的比表面积和丰富的介孔孔道。将Ni-Co复合氧化物作正极，分别以活性炭或介孔碳作负极组装成水系混合型超级电容器。电化学测试结果表明：以介孔碳为负极的电容器倍率性能更加优异，而
摘要：超级电容器是介于静电电容器和二次电池之间的一种新型的储能器件，其具有功率密度高、充放电时间短和利用寿命长等优点，近来已经成为电化学储能领域的探讨热点。具有典型赝电容行为的过渡金属氧化物具有论述比电容高、电化学可逆好和环境友好等特点，有望成为下一代超级电容器电极材料。但是由于其导电性差，过渡金属氧化物的大电流下电化学利用率低、倍率性能较差。基于以上浅析，本论文通过掺杂、与高电导率的碳材料或金属基底进行复合等策略改善金属氧化物的电化学性能。具体探讨内容如下：(1)以5-磺基水杨酸(SSA)为配体水热法制备Ni-Co双氢氧化物(Ni-Co LDHs)前驱体，然后在空气中热解得到三维花状结构的Ni-Co复合氧化物电极材料。Co_3O_4的掺杂增加了电极的导电性，并且Ni-Co复合氧化物具有大的比表面积和丰富的介孔孔道。将Ni-Co复合氧化物作正极，分别以活性炭或介孔碳作负极组装成水系混合型超级电容器。电化学测试结果表明：以介孔碳为负极的电容器倍率性能更加优异，而以活性炭为负极的电容器则具有更高的能量密度。Ni-Co氧化物//AC混合型电容器的比电容和能量密度分别可以达到50.6Wh·kg~(-1)。该混合系统经过1000次循环后，比容量保持率为73%。(2)通过两步法在Ni网基底上生长有序的Co_3O_4纳米线阵列，Ni网基底的利用大幅提升了电极的导电性和离子传输速度。由于Co_3O_4纳米线阵列直接生长在三维多孔的Ni网骨架上，所制备的Ni-Co_3O_4电极具有独特的三维多级孔道结构。该电极在2A·g~(-1)电流密度下的比电容为1160F·g~(-1)，20A·g~(-1)的电流密度下的比电容仍保持为820F·g~(-1)。并且，其在8A·g~(-1)电流密度下循环5000次，比电容衰减仅为9.6%。以Co_3O_4纳米线阵作正极，活性炭作负极组成的混合系统的能量密度和功率密度分别达到37.8Wh·kg~(-1)和19.5kW·kg~(-1)。(3)采取静电纺丝的技术制备C-Co_3O_4复合纳米纤维，包覆在Co_3O_4纳米颗粒外层的碳纤维增强了复合物的导电性，改善了Co_3O_4的电化学利用率。通过调节前驱物溶液中聚合物与金属盐的比例，可以获得不同氧化物含量的C-Co_3O_4复合纳米纤维。并且，这些纳米纤维可以相互交联组成自支撑的C-Co_3O_4复合纳米纤维薄膜。这些薄膜电极具有较大的比电容、优异的倍率性能和良好的电化学稳定性。当Co_3O_4的质量分数为15.6wt.%时，Co_3O_4组分的比容量达到1730F·g~(-1)，增加Co_3O_4的质量分数至35.9wt.%时，薄膜的比电容为556F·g~(-1)。关键词：超级电容器论文过渡金属氧化物论文电活性材料论文能量密度论文功率密度论文
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Abstract5-11
第一章 绪论11-23

1.1 超级电容器概述11-13

1.1 超级电容器的进展历史11

1.2 超级电容器的特点和运用11-13

1.2 超级电容器的分类及储能机理13-16

1.2.1 双电层电容的基本原理13-15

1.2.2 法拉第赝电容的基本原理15-16

1.3 超级电容器的探讨进展16-22

1.3.1 碳基电极材料的探讨进展16-18

1.3.2 金属氧化物电极材料的探讨进展18-21

1.3.3 混合电容器的探讨进展21-22

1.4 本课题探讨的主要内容22-23

第二章 Ni-Co 复合氧化物的制备及其在混合型超级电容器中的运用23-38

2.1 前言23

2.2 实验部分23-25

2.1 原料与试剂23-24

2.2 材料制备24

2.3 材料表征24

2.4 电极制备24

2.5 电化学测试24-25

2.3 结果与讨论25-37

2.3.1 Ni-Co 复合氧化物的形貌和结构表征25-30

2.3.2 Ni-Co 复合氧化物的电化学性能测试30-37

2.3.1 Ni-Co 氧化物电极的电化学行为30-32

2.3.2 活性炭和介孔碳的电化学行为32

2.3.2.3 N论文导读：_4纳米线阵列的电化学性能表征45-503.4小结50-51第四章自支撑C-Co_3O_4复合纳米纤维薄膜的制备及其超电容特性51-664.1引言51-524.2实验部分52-544.2.1试剂与仪器524.2.2材料制备52-534.2.3材料表征534.2.4电化学测试53-544.3结果与讨论54-654.3.1C-Co_3O_4复合纳米纤维薄膜的物性表征54-614.3.2C-Co_3O_4复合纳
i-Co 氧化物//AC 及 Ni-Co 氧化物//OMC 混合型电容器的比较32-37

2.4 小结37-38

第三章 Ni 网基底上 Co_3O_4纳米线阵列的制备及其超电容特性38-51

3.1 引言38-39

3.2 实验部分39-40

3.

2.1 原料与试剂39

3.

2.2 材料制备39

3.

2.3 材料表征39

3.

2.4 电化学测试39-40

3.3 结果与讨论40-50

3.1 Co_3O_4纳米线阵列的物性表征40-45

3.2 Co_3O_4纳米线阵列的电化学性能表征45-50

3.4 小结50-51

第四章 自支撑 C-Co_3O_4复合纳米纤维薄膜的制备及其超电容特性51-66

4.1 引言51-52

4.2 实验部分52-54

4.

2.1 试剂与仪器52

4.

2.2 材料制备52-53

4.

2.3 材料表征53

4.

2.4 电化学测试53-54

4.3 结果与讨论54-65
4.

3.1 C-Co_3O_4复合纳米纤维薄膜的物性表征54-61

4.

3.2 C-Co_3O_4复合纳米纤维薄膜的电化学性能测试61-65

4.4 小结65-66
第五章 总结与展望66-68

5.1 总结66-67

5.2 展望67-68

参考文献68-78
致谢78-79
在学期间的探讨成果及发表的学术论文79