【摘要】：超級電容器也稱超大容量電容器,作為一種新型的儲能裝置,因其功率密度高,循環(huán)穩(wěn)定性好,充放電快速和安全性高等優(yōu)異性能在混合動力汽車、工業(yè)電力、國防軍用以及存儲系統(tǒng)等眾多領(lǐng)域具有巨大的潛在應(yīng)用價值。然而,與鋰離子電池相比,目前的商業(yè)超級電容器能量密度比較低,因而大大限制了它的應(yīng)用。解決能量密度低的關(guān)鍵是提高電極材料的比電容和器件的工作電壓。為了提高電極材料的比電容,本文設(shè)計和制備了形貌和尺寸可控的幾種納米復(fù)合電極材料,并對它們的電化學(xué)性能進(jìn)行了研究。(1)選擇廉價易得且可再生的生物質(zhì)葡萄糖作為制備碳微球的初始材料,通過低溫水熱和高溫碳化過程,制備出均一、球形度良好的碳微球納米材料,并用敏化干燥法在其表面獲得一層薄而均勻的SnO_2殼層,最終得到具有核殼結(jié)構(gòu)的CMSs@SnO_2納米復(fù)合材料。IR、Raman、XRD、SEM、TEM以及BET等表征結(jié)果表明,制備的CMSs@SnO_2納米復(fù)合材料由~290 nm的碳微球內(nèi)核和~10 nm的SnO_2外殼組成。循環(huán)伏安、恒電流充放電等電化學(xué)測試結(jié)果表明,CMSs@SnO_2納米復(fù)合材料具有優(yōu)良的電化學(xué)性能,當(dāng)掃描速率為50 mVs~(-1)時,質(zhì)量比電容值為320.5 Fg~(-1),約為純碳納米球的6倍,純SnO_2的4倍。同時該復(fù)合材料還顯示出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性,2000次循環(huán)后,電容保持率仍有90.5%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于純碳納米球的循環(huán)穩(wěn)定性(72.3%)。究其原因,復(fù)合材料中的異質(zhì)核殼結(jié)構(gòu)起到了關(guān)鍵作用。(2)采用簡單的水熱法在泡沫鎳表面原位合成了CsPW11Fe/NF電極材料。XRD、SEM、TEM等表征結(jié)果表明,CsPW11Fe在泡沫鎳表面主要以單晶形式生長,形貌不均一。電化學(xué)測試結(jié)果表明,該材料具有優(yōu)異的電化學(xué)性能。當(dāng)電流密度為1A g~(-1)時,CsPW11Fe/NF的質(zhì)量比電容值為315.5 Fg~(-1)。在電流密度為5 Ag~(-1)下,經(jīng)5000次循環(huán)充放電后電容值達(dá)278.5 Fg~(-1),電容保留值為88.3%。同時,與傳統(tǒng)的用漿料涂覆法制備的電極相比,該方法直接將活性物質(zhì)生長在集流體上作為電極使用,避免了繁瑣的制作過程,簡化了流程。(3)采用簡單的電沉積和后續(xù)退火處理法在泡沫鎳基底上成功合成了“花瓣狀”MnO_2/NiCo_2O_4超薄納米片。XRD、EDS、SEM、TEM等表征結(jié)果表明,MnO_2/NiCo_2O_4納米片均勻地生長在泡沫鎳基體表面,其中的“花瓣”由MnO_2超薄納米片和NiCo_2O_4超薄納米片組成,厚度~10 nm。超薄納米片之間相互交錯連接形成孔道結(jié)構(gòu)。隨著沉積時間的延長,納米片的厚度增大,孔道間隙變窄。電化學(xué)測試結(jié)果表明,電沉積30 min時獲得的樣品具有最好的電化學(xué)性能,如最高的比電容值,927 Fg~(-1)(1 Ag~(-1));最佳的循環(huán)穩(wěn)定性,如25000次循環(huán)后電容保持率為初始電容的97.3%。
【圖文】：

圖 1-1 不同的能量存儲器件能量與功率 Ragone 示意圖器的概念由來已久，最早被稱為萊頓瓶（如圖 1-2 所示），其原型為介質(zhì)的玻璃瓶，以浸漬于酸中的導(dǎo)體及涂敷于玻璃瓶外的金屬箔作的玻璃作為電介質(zhì)材料。美國通用電氣公司（General Electric Corp.）人于 1757 年利用多孔碳包覆金屬集流體申請了第一個超級電容器專池中的電能量是由浸漬于含水電介質(zhì)多孔碳材料界面雙電池中駐留。電化學(xué)電容器（超級電容器），最早得到此命名的是一種由氧化釕層開發(fā)出的大容量電容器（每克數(shù)法拉電容量）。但當(dāng)時這個發(fā)明并注與重視。直到 1990 年，超級電容器因在混合動力汽車上的應(yīng)用才們的注意[14]。

圖 1-1 不同的能量存儲器件能量與功率 Ragone 示意圖電容器的概念由來已久，最早被稱為萊頓瓶（如圖 1-2 所示），其原型為一個內(nèi)解酸電介質(zhì)的玻璃瓶，以浸漬于酸中的導(dǎo)體及涂敷于玻璃瓶外的金屬箔作為兩個，其間的玻璃作為電介質(zhì)材料。美國通用電氣公司（General Electric Corp.）Howacker 等人于 1757 年利用多孔碳包覆金屬集流體申請了第一個超級電容器專利[13]。了原電池中的電能量是由浸漬于含水電介質(zhì)多孔碳材料界面雙電池中駐留的電荷電能的。電化學(xué)電容器（超級電容器），最早得到此命名的是一種由氧化釕薄膜系碳雙電層開發(fā)出的大容量電容器（每克數(shù)法拉電容量）。但當(dāng)時這個發(fā)明并沒有引們的關(guān)注與重視。直到 1990 年，超級電容器因在混合動力汽車上的應(yīng)用才使得其吸引人們的注意[14]。
【學(xué)位授予單位】：海南師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TB383.1;TM53

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