四氧化三钴纳米簇及其复合材料的制备与电容特性研究

发布时间：2017-03-30 15:19

  本文关键词：四氧化三钴纳米簇及其复合材料的制备与电容特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：超级电容器作为一种新型的电化学储能元件,具有快速充放电、大功率输出、使用温限宽、超长循环寿命等优点。开发高性能电极材料是提高超级电容器能量密度的关键。近年来,一些过渡金属氧化物及其二元系材料,如Co_3O_4、Ni Co_2O_4、Mn O2等,因其原材料廉价易得、制备方法简单可控、能发生氧化还原反应而产生较高比电容、具有优异的循环稳定性而获得人们的高度重视。本论文主要围绕Co_3O_4及其复合电极材料的制备、形貌结构和电化学性能开展了以下研究工作:(1)通过水热-热解法,以六水硝酸钴为原料,尿素为沉淀剂,通过改变水热反应体系中填装度的大小,制备出具有相同物相、不同形貌的Co_3O_4产物。扫描电镜测试分析表明,70%填装度下的Co_3O_4产物具有均匀规则的纳米簇状结构,对不同填装度下Co_3O_4产物进行电化学测试,结果表明,70%填装度下的Co_3O_4电极的比电容在电流密度为1 A/g时达到961 F/g,当电流密度增加至20 A/g时,其比电容保持率为76%;在充放电500次后其电容损失率仅约为10%。交流阻抗分析结果表明,70%填装度下的Co_3O_4电极的电荷传递电阻非常小,具有比较好的超电容阻抗特性。(2)分别以Co_3O_4/泡沫镍和Co_3O_4/碳纤维为基底材料,通过绿色环保的电化学沉积法制备出Ni Co_2O_4/Co_3O_4复合材料。扫描电镜分析结果表明,在泡沫镍和碳纤维基底下均呈现出均匀的纳米级鱼鳞片状结构,该结构使得钴酸镍拥有较大的比表面积与较快的电子离子传递速率。对Co_3O_4/泡沫镍、Co_3O_4/碳纤维、Ni Co_2O_4/Co_3O_4/泡沫镍和Ni Co_2O_4/Co_3O_4/碳纤维四种材料进行电化学测试,结果表明,在碳纤维基底电极材料中,离子与电子间传递的速率更快,扩散路径更短,Ni Co_2O_4的电化学活性更强。碳纤维基底电极的放电时间明显比泡沫镍基底电极的放电时间长。在1 A/g电流密度下,Ni Co_2O_4/Co_3O_4/碳纤维电极比电容响应值高达1880 F/g。交流阻抗结果表明,Ni Co_2O_4/Co_3O_4/碳纤维复合材料的内阻最小。
【关键词】：超级电容器 四氧化三钴 钴酸镍 电极材料
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM53;TB33
【目录】：

• 中文摘要4-6
• 英文摘要6-11
• 1 绪论11-28
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 超级电容器简介12-17
• 1.2.1 双电层电容器及其工作原理13-15
• 1.2.2 法拉第准电容器及其工作原理15-17
• 1.3 超级电容器电极材料17-25
• 1.3.1 碳基电极材料17-20
• 1.3.2 导电聚合物电极材料20
• 1.3.3 过渡金属氧化物电极材料20-25
• 1.4 选题依据及实验内容25-27
• 1.4.1 选题依据25-26
• 1.4.2 实验内容26-27
• 1.5 论文的创新点27-28
• 2 实验条件和表征方法28-34
• 2.1 实验试剂与仪器28-29
• 2.1.1 实验试剂28
• 2.1.2 实验仪器28-29
• 2.2 材料的形貌结构表征29-31
• 2.2.1 X射线衍射29-30
• 2.2.2 傅里叶红外光谱30
• 2.2.3 扫描电子显微镜30-31
• 2.3 材料的电化学性能表征31-34
• 2.3.1 循环伏安测试32
• 2.3.2 恒电流充放电测试32-33
• 2.3.3 交流阻抗测试33-34
• 3 水热热解法合成Co_3O_4及其电容特性研究34-47
• 3.1 引言34-35
• 3.2 实验部分35-36
• 3.2.1 基底的预处理35
• 3.2.2 样品的制备35-36
• 3.3 结果与讨论36-46
• 3.3.1 填装度对材料形貌结构的影响36-40
• 3.3.2 填装度对材料电化学性能的影响40-46
• 3.4 本章小结46-47
• 4 Ni Co_2O_4/Co_3O_4纳米复合材料的制备与电化学性能研究47-60
• 4.1 引言47-48
• 4.2 实验部分48-49
• 4.2.1 不同基底四氧化三钴材料的制备48
• 4.2.2 钴酸镍材料的制备48-49
• 4.2.3 Co_3O_4/NiCo_2O_4纳米复合材料的制备49
• 4.3 Co_3O_4/NiCo_2O_4的表征及电化学性能研究49-58
• 4.3.1 XRD测试分析49-51
• 4.3.2 形貌测试分析51-54
• 4.3.3 循环伏安测试分析54-56
• 4.3.4 恒电流充放电测试分析56-57
• 4.3.5 交流阻抗测试分析57-58
• 4.4 本章小结58-60
• 结论60-62
• 致谢62-63
• 参考文献63-69
• 攻读学位期间发表的学术论文69

  本文关键词：四氧化三钴纳米簇及其复合材料的制备与电容特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：277448