多級鈷基材料的合成及其在超級電容器中的應(yīng)用.pdf

1、隨著世界能源問題的不斷嚴(yán)峻，電化學(xué)超級電容器作為新興的儲能裝置得到了人們廣泛的研究與關(guān)注，其在解決能源短缺問題上扮演著至關(guān)重要的作用。本論文追溯了電化學(xué)超級電容器技術(shù)的發(fā)展歷史，探究了其工作原理，討論了超級電容器的理論基礎(chǔ)，并介紹了超級電容器在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用以及目前得到普遍認(rèn)可的超級電容器電極材料。為了彌補(bǔ)目前絕大部分電池低功率密度的缺點，制備出既具有高能量密度又擁有高功率密度的儲能材料，人們不斷開發(fā)探索更高效的超級電容器電極材料。通

2、常，評價一個超級電容器電極材料需要遵從以下三個標(biāo)準(zhǔn):高效的電化學(xué)性能（以單位質(zhì)量/單位體積或單位面積的能量密度為標(biāo)準(zhǔn)），較大的倍率性能（在較高的電壓掃速或電流密度下可釋放出的電容量）以及較穩(wěn)定的循環(huán)穩(wěn)定性。除此之外，應(yīng)用與超級電容器的電極材料的抗毒性與制備成本也是評價一個材料是否優(yōu)秀的標(biāo)準(zhǔn)。近期一些研究主要將重點放在了對電極材料結(jié)構(gòu)的調(diào)控上，制備了一系列多級納米結(jié)構(gòu)電極和多孔納米結(jié)構(gòu)電極，這種電極由于擁有其它粉末或塊體電極不可比擬的結(jié)構(gòu)

3、上的優(yōu)勢，其電化學(xué)儲能性能得到了大大的提升。
　　本論文首先通過溫和的水熱法合成了一種新型的超級電容器電極材料，利用簡單的堿刻蝕法，從Co(OH)2@CoAl水滑石納米陣列得到了鈷基多孔水滑石(PLDH)納米陣列。這種多孔陣列結(jié)構(gòu)電極不僅加快了電極與電解液界面電子傳輸速率與傳質(zhì)速率，而且有效的增大了電極活性物質(zhì)與電解質(zhì)的接觸面積，這種結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢使電極電化學(xué)性能得到了加強(qiáng)，其比電容達(dá)到了23.75Fcm-2(1734Fg-1)，且

4、在5000圈循環(huán)后容量仍可保持在85％，體現(xiàn)了該電極材料優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。為了驗證這種鈷基PLDH納米陣列電極在實際應(yīng)用中的可行性，我們使用樣品Co(OH)2@PLDH-18作為正極材料，活性炭(AC)作為負(fù)極材料，搭建了一個非對稱超級電容器。這種性能優(yōu)秀的新型電極材料在電化學(xué)儲能應(yīng)用中未來將可得到廣泛應(yīng)用。
　　另一方面，我們利用一種簡單、低成本且環(huán)境友好的合成方法制備了以泡沫鎳為基底的Co3O4@MnO2核殼結(jié)構(gòu)納米陣列電極。

5、由于介孔Co3O4納米線陣列具有較高的導(dǎo)電性，我們將其作為“核”，并在Co3O4納米線外部包裹超薄枝狀MnO2納米片作為“殼”。這種電極材料由于不僅具有優(yōu)秀的本征活性，且復(fù)雜的核殼多級納米陣列結(jié)構(gòu)進(jìn)一步提高了其電化學(xué)活性。Co3O4@MnO2核殼納米陣列電極表現(xiàn)出了較高的儲能特性(977Fg-1)以及良好的的循環(huán)穩(wěn)定性，在5000圈充放電循環(huán)后仍保持了94％的容量。這種新型電極材料不僅滿足了人們對電化學(xué)超級電容器的各項評價標(biāo)準(zhǔn)，而且對未