基于过渡金属化合物的混合超级电容器构建及性能研究

发布时间：2024-04-07 20:44

　　目前,化石能源的日益消耗是人类社会可持续发展所面临的重大问题。人们需要开发一些清洁的、可再生的能源来源,如:太阳能、风能和潮汐能等。由于这些能源具有不连续的特性,无法满足人类对能源的持续需求和便捷的使用。为了应对这种问题,就需要一种储能器件来实现能源的存储与转换。目前,储能器件主要包括传统电池、超级电容器、锂离子电池等。其中,超级电容器由于具有较高功率密度、比电容以及良好的循环稳定性,而成为能源存储与转换研究的热点之一。超级电容器的性能取决于电极材料的性能,而电极材料的性能又与电极材料的微结构和导电性有密切的关系。金属化合物具有较高的比电容量,但也有一些内在的不足之处。首先,大部分过渡金属化合物导电性都较差,导致了较低倍率性能和功率密度特性。其次,金属化合物在充电/放电过程中,材料的结构变化产生的应力容易引起的电极材料的坍塌,进而导致差的循环稳定性。再次,过渡金属化合物本身活性比表面积较小,造成比电容较低。本文针对这些问题,开展了新型电极材料的电极设计、可控制备及水系混合超级电容器构建等一系列原创性工作。本论文的研究内容具体如下:(1)构建了基于自模板法制备蛋黄壳状NiCo2O4的混合...

【文章页数】：138 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图２．１?ＹＳ－ＮｉＣｏ２〇４的制备示意图??Ｆｉｕｒｅ?２．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｆｏｒｍａｔｉｏｎｒｏｃｅｓｓｅｓ?ｏｆ?ＹＳ－ＮｉＣ〇２〇４．??

２．３结果与讨论??２．３．１?ＹＳ－ＮｉＣｏ２〇４合成与结构分析??在构建蛋黄壳ＮｉＣｏ２〇４?（ＹＳ－ＮｉＣ〇２〇４）的方法中涉及三个步骤，制备步骤如图２．１??所示。??Ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ?Ｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎ??Ｓ－ＮｉＣ〇Ａ?ＹＳ－ＮｉＣ〇－ＯＨ?ＹＳ－ＮｉＣ〇２０....

图２．６ＹＳ－ＮｉＣｏ２〇４的（ａ）不同扫描速率下的ＣＶ曲线，（ｂ）充电／放电曲线，（ｃ）比电容和（ｄ）??ＹＳ－ＮｉＣ〇２〇４的电容保持率

为了评估所制备的活性材料的电化学性能，采用传统的三电极系统在６?Ｍ?ＫＯＨ电??解液中进行ＣＶ和恒电流充电／放电测试。ＹＳ－ＮｉＣｏ２〇４的ＣＶ图为归因于Ｃｏ２＋／Ｃｏ３＋和??Ｎｉ２＋／Ｎｉ３＋氧化还原对的一对峰，表明了典型的法拉第氧化还原行为（图２．６ａ）。同时观??察到的Ｃ....

图２．７商业石墨烯的（ａ）?ＣＶ曲线，（ｂ）充电／放电曲线和（ｃ）电容??Ｆｉｇｕｒｅ?２．７?（ａ）?ＣＶ?ｃｕｒｖｅｓ，?（ｂ）?ｃｈａｒｇｅ／ｄｉｓｃｈａｒｇｅ?ｃｕｒｖｅｓ?ａｎｄ?（ｃ）?ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ?ａｔ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｃｕｒｒｅｎｔ?ｄｅｎｓｉｔｉｅｓ．??－

?基于过渡金属化合物的混合超级电容器构建及性能研宄??此外，在ｌＯＡｇ－１电流密度循环１００００次后，ＹＳ－ＮｉＣｏ２０４的电容保持率为９３％。电??容在初始的２０００个周期中显示出轻微的增加，这可归因于电极材料的活化（图２．６ｄ）。??此外，通过ＳＥＭ表征１００００次循环后ＹＳ....

图２．８混合超级电容器在（ａ）不同电压范围内的ＣＶ曲线，（ｂ）?５，?１０，?２０和５０?ｍＶ?ｓ－１速率下??的ＣＶ曲线和（ｃ）充电／放电曲线；（ｄ）混合超级电容器与类似材料的Ｒａｇｏ?

容易引起电解质的分解。因此，当混合超级电容器在０？１．６Ｖ的电压范围内工作时，??可以在长时间工作时保证两电极的安全。在扫描速率为５，?１０，?２０和５０?ｍＶ?ｓ＿Ｉ混合超级??电容器的Ｃ．Ｖ曲线（图２．８ｂ）所示。随着扫描速率的增加，所有这些曲线形状几乎相同，??表明制备的混....

本文编号：3947948