金属羟基氧化物提升聚吡咯@纤维素纤维超级电容器电极电容性能的研究

作     者：姜荣柱（Youngchu Kang） 

作者单位：东北林业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：钱学仁;金海兰

授予年度：2021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：纤维素纤维 聚吡咯 羟基氧化镍 羟基氧化铁 超级电容器电极 电容性能 低成本 

摘      要：在以前的研究工作中,我们使用原位沉积的羟基氧化钴(CoOOH)和ZIF-67(一种钴基金属-有机骨架,Co-MOF)衍生的羟基氧化钴(ZIF-67-OOH)作为中间层,极大地提升了聚吡咯@纤维素纤维(PPy@CFs)的电容性能。当电流密度为 0.2 A g-1 时,PPy@CoOOH@CFs 和 PPy@ZIF-67-OOH@CFs 的比电容分别为571.3和696.65 F g-1。然而,钴金属的高成本和低丰度限制了其应用。因此,寻找廉价的金属羟基氧化物作为CoOOH的替代品,对于开发具有高比电容和高循环稳定性的新型低成本纸基超级电容器电极至关重要。在本工作中,提出了以廉价的羟基氧化镍(NiOOH)和更廉价的羟基氧化铁(FeOOH)来代替较昂贵的CoOOH为中间层制备PPy@MOOH@CFs(M=Ni/Fe)复合材料,并研究了其电容性能。首先,在室温下,基于开放系统中的“液相还原,在CFs表面成功地沉积了 NiOOH,并采用原位聚合法制备了 PPy@NiOOH@CFs复合材料。结果表明,该复合电极具有良好的电容性能,NiOOH作为中间层的引入可提升该复合电极的比电容(0.2 A g-1电流密度下为528.4 F g-1)和循环稳定性(1000次循环后电容保持率为87.23%)。PPy@NiOOH@CFs复合材料的结果与PPy@CoOOH@CFs复合材料(0.2 A g-1电流密度下比电容为571.3 F g-1,1000次循环后电容保持率为93.02%)的结果非常接近,表明这种低成本绿色方法在柔性超级电容器中具有巨大的潜在应用。第二,在室温开放体系中通过NaBH4液相还原和冰浴原位聚合成功地制备了 PPy@FeOOH@CFs复合电极材料。FeOOH作为中间层的并入克服了 PPy@CFs复合材料的固有缺陷。所制备的PPy@FeOOH@CFs纸超级电容器电极(PIC-11)在0.2 Ag-1的电流密度下获得了高的比电容(513.85 F g-1)和高的循环稳定性(1000次循环后电容保持率为89.36%),这可与PPy@NiOOH@CFs复合材料相媲美。由于其优异的电容性能和低廉的成本,PPy@FeOOH@CFs复合纸可作为储能领域的柔性电极材料。本研究开发的新型低成本复合纸基电极材料(PPy@MOOH@CFs,M=Ni/Fe)为柔性超级电容器电极材料的商业应用提供了巨大的可能性。