【摘要】：隨著人類對(duì)能源需求的迅猛增長(zhǎng)及隨之而來(lái)的環(huán)境問(wèn)題日趨嚴(yán)峻,利用諸如太陽(yáng)能、風(fēng)能、潮汐能等清潔能源發(fā)電成為迫在眉睫的課題。然而,這些可再生能源很大的共性就是并不持續(xù)存在,而是具有自身的周期規(guī)律性。因此,收集這些能源的儲(chǔ)能器件便成為了當(dāng)下科學(xué)家們研究的重點(diǎn)。超級(jí)電容器作為目前最為火熱的儲(chǔ)能器件之一,與鋰離子電池一同填補(bǔ)了高功率密度的傳統(tǒng)靜電電容器與高能量密度的鋰一次電池之間的鴻溝,同時(shí)擁有高功率密度與高能量密度。而相比鋰離子電池,其更高的功率密度,快速充放電,長(zhǎng)循環(huán)壽命的特點(diǎn)使其在各種領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。納米材料由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)與理化性質(zhì),在近幾十年一直是材料科學(xué)的研究重點(diǎn)。在超級(jí)電容器研究中,納米材料的高比表面積,以及能夠提供離子與電子的短傳輸/擴(kuò)散距離的能力,都能有助于實(shí)現(xiàn)更快速的反應(yīng)速度與高充放電容量。同時(shí),納米材料能夠更好地耐受由于離子嵌入/脫出所造成的形變與應(yīng)力從而有效提升材料的循環(huán)壽命,已經(jīng)被證明能夠作為優(yōu)秀超級(jí)電容器的有效電極材料。而且,近年來(lái)在納米材料,尤其是無(wú)機(jī)納米材料可控尺寸,形貌與組分的合成方向上的進(jìn)展都讓調(diào)控電極材料優(yōu)化超級(jí)電容器效能成為可能。金屬氧化物與氫氧化物是超級(jí)電容器電極材料中非常重要的一類:由于金屬多樣的化學(xué)價(jià),它們往往具有發(fā)生可逆氧化還原反應(yīng)并產(chǎn)生贗電容的能力,而贗電容的理論比電容較雙電層電容有相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì),因此它們成為了目前超級(jí)電容器領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)。但盡管金屬氧化物與氫氧化物的理論比電容很高,在實(shí)際研究中往往很難接近其理論比電容,最普遍的一個(gè)原因便是它們的導(dǎo)電性較差,而在實(shí)際電極制備中,單位電極面積負(fù)載量需要達(dá)到一定水平,這導(dǎo)致這些金屬氧化物與氫氧化物必須堆積在一起,讓自身的內(nèi)阻大大降低了最終獲得的比電容。因此,為了提升金屬氧化物與氫氧化物的比電容,一條行之有效的路徑便是改良其導(dǎo)電性。本論文在第一章中簡(jiǎn)單介紹了超級(jí)電容器的分類,原理,評(píng)價(jià)方式等背景知識(shí),而在此后的三章中,針對(duì)納米尺度金屬(氫)氧化物導(dǎo)電性能的改良,這一問(wèn)題,提出了三個(gè)全然不同的解決方案:在本論文第二章中,針對(duì)金屬氧化物納米顆粒,我們引入金屬Au,合成出啞鈴狀的金屬-金屬氧化物納米顆粒,改變了傳統(tǒng)金屬/金屬氧化物或金屬氧化物/金屬的核殼結(jié)構(gòu)中,電解液無(wú)法充分接觸兩組分的缺點(diǎn),把金屬納米顆粒與金屬氧化物納米顆粒同時(shí)暴露在電解液中,成功提高復(fù)合納米顆粒的整體電容性能。本論文第三章,同樣針對(duì)金屬氧化物納米顆粒,我們將金屬鹽作為還原氧化石墨烯的還原劑,在生成金屬氧化物納米顆粒的同時(shí),將導(dǎo)電性較差的氧化石墨烯還原為導(dǎo)電性優(yōu)秀的還原氧化石墨烯(rGO),成功提升復(fù)合產(chǎn)物的比電容。本論文第四章,我們采取逆向思維的方式,首先合成了超薄氫氧化鈷納米片,并之后將金屬納米顆粒負(fù)載在氫氧化鈷的超薄納米片中,提升納米片的導(dǎo)電性,同時(shí),由于納米顆粒作為"墊片"嵌在納米片的層間,避免了納米片因?yàn)閷盈B損失大量可儲(chǔ)存電荷表面積的問(wèn)題,增強(qiáng)了電解液對(duì)于材料的浸潤(rùn)性,大大提高了材料在高電流密度下的電容性能。
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第一章前言逡逑隨著人類對(duì)能源需求的迅猛增長(zhǎng)及隨之而來(lái)的環(huán)境問(wèn)題日趨嚴(yán)峻，利用諸如逡逑太陽(yáng)能、風(fēng)能、潮ka能等清潔能源發(fā)電成為迫在眉睫的課題。圖１．１為１９６５年逡逑至２０１３年全球能源增長(zhǎng)與二氧化碳排放量增長(zhǎng)的示意圖，１可Ｗ看出二者保持了逡逑高度相關(guān)性，但從上世紀(jì)末Ｗ來(lái)，相對(duì)于人類能源消耗，二氧化碳排放量的X棾ゅ義鮮仆飛雜蟹嘔海�，这与人绹D鄖褰嗄茉吹鬧厥用懿豢煞幀ｅ義希矗埃茫埃眩板危歟矗希埃幔彥義蟷瑁板臥補(bǔ)義希常埃埃埃啊╁危誨義希玻擔(dān)埃埃傲﹀巍義希攏眩希幔襄義廈義位σ誨義戲綂﹀義希兀櫻埃埃埃板義�？�

本文編號(hào)：2520661