复合过渡金属氧化物多层空心球的制备及其电容性能研究

作     者：刘晓雨 

作者单位：合肥工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨则恒

授予年度：2020年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：Ni6MnO8 镍钴锰氧化物 多层空心结构 超级电容器 

摘      要：复合过渡金属氧化物由于具有良好的氧化还原活性以及巨大的自然丰富度而引发了人们的极大兴趣,通过设计独特的空心结构,可以获得优异的电化学性能。本文通过模板法,制备了NiMnO多层空心球和镍钴锰氧化物多层空心球,并研究了产物的形貌、结构和电化学性能。主要内容如下:1、通过碳球分步吸附和一步吸附相应的金属离子,经过空气气氛下煅烧之后,成功制备了具有纳米片外壳的三层NiMnO空心球(NiMnO-NS)以及具有纳米粒子外壳的三层NiMnO空心球(NiMnO-NP)。结果表明,制备的NiMnO-NS空心微米球具有较大的比表面积(145.011 m g),且作为超级电容器电极材料展现出更加优异的电容性能。在电流密度为1 A g时,比容量高达1380 F g;当电流密度达到100 A g时,仍可获得68%的容量保留率,倍率性能较为优越;在10 A g电流密度下循环5000次,容量保持率高达98%,循环稳定性很好。此外,组装的NiMnO-NS//AC不对称超级电容器在功率密度为750W kg时,能量密度高达31.8 Wh kg;在10 A g电流密度下循环充放电10000次,容量损失仅为7%。其优异的性能归功于二元金属的协同作用和独特的空心结构。2、以碳球为模板,直接吸附Ni、Co和Mn三元过渡金属离子,然后在空气气氛下以不同的升温速率煅烧前驱体,成功制备了两层和四层的镍钴锰氧化物纳米空心球。结果表明,制备的四层镍钴锰氧化物纳米空心球具有更加优异的电容性能,在电流密度为1 A g时,比容量为952 F g;当电流密度达到40 A g时,比容量仍达到696 F g,容量保持率为73%。在10 A g电流密度下循环3200次,容量保持率为89%,具有良好的倍率性能和循环性能。这是因为多层空心结构具有较大的比表面和孔体积,能够增加电极材料与电解质的接触面积,为法拉第反应提供大量的活性位点,且缩短了电解质离子从外部到内部的扩散传输路径,加快了反应动力学,有利于电极材料电容性能的提升。