本文關鍵詞：錳基超級電容器電極微納結(jié)構(gòu)激光復合制備技術

  更多相關文章： 激光熔覆 飛秒激光刻蝕 脫合金 化學氧化 微納結(jié)構(gòu)

【摘要】：隨著現(xiàn)代社會的飛速發(fā)展,環(huán)境惡化和能源短缺問題越來越突出,具有能量存儲和轉(zhuǎn)換功能的新型儲能器件成為解決能源危機的重點手段之一。超級電容器作為一種結(jié)合高功率密度、高能量密度和較長使用壽命的新型儲能器件得到廣泛關注。超級電容器的性能取決于電極材料和結(jié)構(gòu)。本課題針對目前電極結(jié)構(gòu)分別實現(xiàn)功能化和結(jié)構(gòu)化制備存在的問題,通過激光加工-化學加工復合方法在基體表面直接生長具有高比表面積和孔隙率的電極材料,實現(xiàn)超級電容器電極材料-結(jié)構(gòu)-功能一體化制造。課題以碳酸錳和氧化錳電極材料為研究對象,分別開展激光熔覆-脫合金、飛秒激光刻蝕-化學氧化復合方法的研究。通過激光熔覆-脫合金復合方法制備碳酸錳微球電極:在基體上,將混合的銅、錳粉末利用激光熔覆的方式制備特定厚度的銅-錳合金層,通過脫合金法在合金層表面生長出均勻分布的碳酸錳微球,微球直徑5~10μm,表面由尺寸200 nm左右的凸起棱角組成,最大比電容為388.0 mF·cm-2。通過對碳酸錳微球的表征與分析,初步確立了激光熔覆制備的銅-錳合金在脫合金初期的單相溶解與脫合金后期的形核、長大和熟化,提出微球的形成機制。通過飛秒激光刻蝕-化學氧化方法制備微納結(jié)構(gòu)氧化錳電極:利用飛秒激光在高純錳表面刻蝕微納結(jié)構(gòu),通過化學氧化把錳轉(zhuǎn)化為氧化錳。其中,錐形陣列氧化錳電極比電容為258.5 mF·cm-2,經(jīng)過2000次循環(huán)電容損失15%,循環(huán)性能良好。上述兩種復合方法均能獲得區(qū)別于薄膜的具有相當厚度的三維微納米結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)具有較高的比表面積,同時又與基體之間實現(xiàn)了冶金結(jié)合,初步實現(xiàn)了電極材料-結(jié)構(gòu)-功能一體化制造。研究結(jié)果也為其它能源器件電極結(jié)構(gòu)制造提供了新思路。
【學位授予單位】：北京工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM53

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本文編號：1292241