伴隨著近年來對能源的需求日益增加,化石能源出現(xiàn)了日益枯竭的現(xiàn)象,同時化石能源的大量開發(fā)和利用對環(huán)境和生態(tài)造成了嚴重的污染和破壞。所以人類必須尋找一種可再生的清潔能源,改變目前主要的能源消耗模式。開發(fā)新型高效的儲能材料與器件,電化學儲能材料與器件便是主要的研究方向之一。同時,隨著當今電子設備正呈現(xiàn)出柔性化和輕薄化的發(fā)展趨勢,開發(fā)出具有體積小、重量輕、低成本、加工性能和電化學性能優(yōu)異的柔性電化學電容器及其電極材料具有十分重要的意義。本課題選擇以碳布為基底,利用碳布本身良好的導電性能,在其表面構筑雙電層和贗電容材料,研究其在碳布基柔性電化學電容器電極材料中的應用。具體的研究內容如下:（1）使用水熱合成法和熱分解法,在碳布纖維的表面生長一層多孔的氧化鎳納米線,制備出氧化鎳/碳布柔性電極材料。（2）通過多步驟合成法,首先,通過水熱法在碳布上合成作為模板的氧化鋅（ZnO）納米棒陣列,以葡萄糖為碳源通過高溫碳化方法在合成ZnO納米棒的表面生長均勻的碳層。在去除ZnO納米棒之后,在碳布表面生長良好陣列形式的碳納米管。最后,超薄多孔鈷酸鎳納米片沉積在碳納米管/碳布上制備出鈷酸鎳/碳納米管/碳布（Ni C... 

【文章來源】：東華大學上海市 211工程院校 教育部直屬院校

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【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

（a）雙電層電容的儲能機制；（b）雙電層電容器的充放電過程

繼雙層電容器后，又發(fā)展了贗電容器。贗電容，也被稱為法拉第贗電容，是電活性物質在電極表面或體相中的二維或準二維空間上進行欠電位沉積，發(fā)生高度可逆的氧化、還原反應或化學吸附、脫附，產生和電極充電電位有關的電容。贗電容不僅只在電極表面，而是可以在整個電極內部產生，因此可以獲得比雙電層電容更高的電容量和能量密度。在相同電極面積的情況下，贗電容的電容量可以達到雙電層的 10～100 倍[9]。圖 1.2 為贗電容器的工作原理。目前贗電容電極材料的研究主要集中于金屬氧化物和導電聚合物等[10,11]。金屬氧化物基超級電容器目前研究最為成功的電極材料為氧化釕，但是由于貴金屬的資源有限，價格過高而限制了對它的使用，對于金屬氧化物電容器的研究主要在于保證性能的條件下降低材料的成本，尋找較廉價的金屬氧化物材料（如 NiO、Co3O4、MnO2和 WO3等）。

碳紙上垂直排列碳納米管，制備出一種新型復合材料作為超級電容器的電極電流密度高達 150A/g 時，其比電容依然能夠達到 180F/g[23]。1.3.2 海綿基柔性電極海綿是多孔材料中的一種，其具有良好的吸水性，在生活中常用于清潔物美國斯坦福大學的 Yi Cui 課題組通過浸漬、烘干的簡單工藝將碳納米管（C負載在海綿上，再通過化學沉積法，制備出 MnO2/CNTs/海綿復合柔性電極種電極材料顯示出了良好的電化學性能（比電容為 1230 F/g）和高的循環(huán)穩(wěn)（10000 次循環(huán)后僅損失 4%）。但是此方法所用的 CNTs 造價較為昂貴，極大限制了這種電極材料的進一步大規(guī)模工業(yè)化生產和實際應用。具體的流如圖 1.3 所示。


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