【摘要】：隨著日益嚴重的環(huán)境污染和對能源消耗需求的持續(xù)增加,開發(fā)可持續(xù)和環(huán)保的替代能源和儲能裝置成為當前的研究熱點。因此,開發(fā)具有器件輕簡,能量轉換快,成本低廉等優(yōu)點的能源轉換和儲備裝置成為主要的研究方向。目前,能夠滿足上述特性的儲能裝置有:二次電池、燃料電池和超級電容器。相比較電池和電容器而言,超級電容器被認為是最有前途的能量發(fā)生和儲存系統(tǒng),因為它們擁有快充/快放電,高功率密度,長循環(huán)穩(wěn)定性,環(huán)境友好,低成本和操作安全的特性。超級電容器電極材料的性能及形貌特征對總體性能起著至關重要的作用。目前,許多研究都集中在具有高容量,高能量密度和長循環(huán)穩(wěn)定性的電極材料的設計上。其中,已經進行了許多努力來研究贗電容金屬基氧化物電極材料,相比于典型的碳基雙電層電容器和導電聚合物電容器,它們更有利于充放電過程中電極材料/電解液接觸和電子擴散。CeO_2材料原料價廉、存在氧空穴,有利于發(fā)生Ce~(3+)/Ce~(4+)氧化還原反應,因此其用于超級電容器電極材料有極大潛能。在本工作中通過簡單方法制備了CeO_2/過渡金屬氧化物(MnO_2,Fe_2O_3,Co_3O_4)的復合材料,主要內容如下:(1)通過簡便方法制備了一種超長MnO_2@CeO_2納米線,其長度可達數(shù)微米,直徑范圍30~80 nm。采用三電極電化學工作站及2 mol/L氫氧化鉀為電解質溶液中,在0.18~0.45 V的窗口電壓下探測MnO_2@CeO_2活性材料的電化學研究。MnO_2@CeO_2在掃描速率為5 mV/s時的比電容為265 F/g。結果表明,MnO_2@CeO_2作為超級電容器電極材料時表現(xiàn)出較好的應用潛力。(2)以Ce(NO_3)_3?6H_2O和K_4[Fe(CN)_6]·3H_2O為原料、去離子水為溶劑,通過沉淀法成功制備出了具有松塔雙錐形貌樣品,500℃空氣氛圍分解4 h后得到CeO_2/Fe_2O_3復合材料,另外探究了其他實驗條件(物料比、反應溫度和反應時間)對產物形貌的影響。使用一系列表征手段對產物的形貌和結構進行表征,并測試了CeO_2/Fe_2O_3復合材料作為超級電容器電極材料的性能。在2 mol/L KOH溶液中,電位窗口0.18~0.45 V(vs.SCE)時,CeO_2/Fe_2O_3作為電極材料表現(xiàn)出良好的比電容,在掃速為1 mV/s時,其比電容可達到332.9F/g。(3)通過簡單的陽離子交換途徑,然后進行熱處理,成功地獲得了復合材料CeO_2/Co_3O_4/C中空多面體。在合成過程中,首先制備了Co基前驅體多面體骨架(ZIF-67),其可作為交換Ce~(3+)離子的主體和復合材料CeO_2/Co_3O_4/C中空多面體的模板。電化學性能測試結果顯示,CeO_2/Co_3O_4/C多面體在2.5A/g時具有131 F/g的比電容,并具有較好的循環(huán)穩(wěn)定性。這表明CeO_2/Co_3O_4/C作為電化學儲能材料表現(xiàn)出深遠意義。更重要的是,我們認為該思路為制備具有所需結構,化學組成和應用的其他復合金屬氧化物的簡單且通用的策略。
【學位授予單位】：江西師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM53;O614.332
【圖文】：

幾種不同設備的能量密度和功率密度的Ragone圖

電解質對超級電容器影響關系圖

Maxwell超級電容器的電極

【參考文獻】

相關期刊論文 前3條

1 陳俊蛟;黃英;黃海艦;;超級電容器電極材料研究進展[J];材料開發(fā)與應用;2015年01期

2 賈志軍;王俊;王毅;;超級電容器電極材料的研究進展[J];儲能科學與技術;2014年04期

3 邢寶林;黃光許;諶倫建;張傳祥;徐冰;;超級電容器電極材料的研究現(xiàn)狀與展望[J];材料導報;2012年19期

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本文編號：2777778