【摘要】：超級電容器作為一種新型儲能器件,由于其兼具快速的充放電效率、優(yōu)異的循環(huán)性能和較高的功率密度,能滿足市場對儲能器件的廣泛要求,被認為存在巨大的發(fā)展?jié)摿�。電極材料作為超級電容器的核心組成部分,其化學組成和結構形貌直接決定著整個元件的性能表現。本文將選取較常見的鎳基、錳基和鈷基化合物作為研究對象,基于小尺寸效應、表面效應和協同效應,分別從電極材料的結構排布、自身的結構特征和內部結構屬性三個方面,探究了電極材料與電化學性能之間的構-效關系,從而為研制新型高性能的過渡金屬基電極材料提供理論基礎。主要內容如下:1.首先,探究電極材料排布結構即材料粒徑的均一性對電化學性能的影響。利用檸檬酸根的蓋帽試劑的作用控制得到具有不同粒徑均勻程度的碳酸氫鎳納米晶體。在構筑電極時,均一粒徑的碳酸氫鎳晶體堆積形成多孔的結構能夠提供更大的空間和更高的比表面積,而非均勻粒子堆積構筑成電極時易形成‘死空間’,抑制了離子和電子的傳輸。因此,粒徑更為均勻的碳酸氫鎳納米晶體表現出了更優(yōu)異的電容性能(在2 A/g時,比容量為1596 F/g)、較高的倍率性能(30 A/g時,容量保持率為75%)和卓越的循環(huán)穩(wěn)定性(1000圈充放循環(huán)后容量保持率仍能達到80%)。2.探究電極材料自身的結構對電化學性能的影響。選取氫氧化鎳作為研究對象,利用添加劑的調控作用,使其具有不同薄厚(2D)結構。由于較薄的片層結構不僅具有較大比表面積,而且暴露了更多的氧化還原活性位點,縮短離子傳輸路徑,降低電子傳輸速率。因此,表現出更為高的比容量在1 A/g的電流密度下達到了2300 F/g,高的倍率性能在30 A/g時比容量仍能達到1800 F/g左右,容量保持率達到77%。3.研究電極材料內部結構變化與電化學性能改變之間的規(guī)律,深入探究二者之間的構-效關系。隨著鈷離子摻入濃度的改變,錳鈷元素在樣品中的價態(tài)呈現出規(guī)律性變化,主要分為三個晶相,而不同的晶相中不同的價態(tài)占比直接影響了其晶體結構,造成形貌結構的改變。因此,樣品的電化學性能也呈現出規(guī)律性的變化,當鈷離子摻入濃度為60%時,樣品表現出了最優(yōu)異的電容性能,其在電流密度為0.2 A/g的比電容達到了308 F/g;當摻入濃度處于50%-70%之間時,樣品循環(huán)穩(wěn)定性更為優(yōu)異,在電流密度為1 A/g經過10000充放循環(huán)后,其容量保持率仍能達到90%以上。
【學位授予單位】：燕山大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM53;TB30

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