三维碳基复合材料自支撑电极的制备及其电化学性能

作     者：陆慧媛 

作者单位：上海交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李华

授予年度：2018年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：碳基复合材料 赝电容特性 三维结构 电化学 

摘      要：为了解决能源匮乏、环境污染等问题,开发和推广可再生清洁能源已迫在眉睫,而这一问题的突破需要高效实用、环保无污染的储能装置。其中,超级电容器由于其超高的功率密度备受瞩目。电极活性材料是影响超级电容器.性能.和成本的关键影响要素,可以存储电荷和能量。近来,随着智能可穿戴.等便携式电子设备的兴起,越来越多的.目光投向了.研究具有三维结构的材料作为自支撑的.电极材料,一方面可以提高.电极的力学强度,促进电极材料一体化;另一方面,也有助于.省去集流体、粘结剂.等对电容性能的不利影响。本文基于过渡金属氧化物(氢氧化物)良好的赝电容特性以及碳材料良好的导电性,选取了两种过渡金属氧化物(氢氧化物):钨氧化物和氢氧化镍,分别研究了它们的电化学性能,并将它们与导电性良好的碳材料复合制得具有三维结构的材料,作为自支撑的超级电容器电极加以探索:(1)采取一种新型简易的水热法制备出了铵钨青铜纳米晶片。对所得的铵钨青铜纳米粉末的近红外屏蔽的光学性能做了研究,并探索了水热温度对该性能的影响。在最佳水热条件下合成的铵钨青铜在近红外波段可吸收高达66.6%的光波(相比较于纯基底),并且在可见光波段仍可保持64.5%的透光率。(2)利用一锅式水热法制备出具备三维结构的铵钨青铜/还原氧化石墨烯的复合材料,合成的材料可作为无粘接剂的超级电容器电极。对复合材料做电化学测试发现,在电流密度为1 A/g的条件下,所合成的复合材料将比电容从纯铵钨青铜的98.9 F/g提升到了138.8 F/g,这是由于还原氧化石墨烯的加入有效地降低了电极的内阻提高了导电性。(3)通过简单的水热法合成了薄片状的β-Ni(OH)纳米材料。研究了合成条件对β-Ni(OH)的形貌、结晶度的影响,找到最优的合成条件。对所得的样品进行电化学测试,在1 A/g的电流密度下,比电容可达1450 F/g。(4)利用原位生长及抽滤的方法,将β-Ni(OH)与多壁碳纳米管复合成具有柔性的薄膜。对样品进行电化学测试,发现比电容由纯氢氧化镍的1450 F/g提升到了复合材料的1705 F/g(电流密度为1 A/g),10 A/g的条件下,比容量也保留了73.5%,且制得的复合膜具有很好的力学性能,可直接作为柔性的无需粘接剂的超级电容器电极。