检索结果-南通市图书馆

作者：彭芝维青岛大学

学位级别：硕士

随着移动电子设备和电动汽车的普及和发展,人们对于高效且稳定的能源转化和存储装置的需求不断增长。在各类储能器件中,水系碱性储能器件因其电解液的不易燃性和高的离子电导率等优势而备受关注。其中,镍锌(Ni-Zn)电池具有高电压、高功... 详细信息

随着移动电子设备和电动汽车的普及和发展,人们对于高效且稳定的能源转化和存储装置的需求不断增长。在各类储能器件中,水系碱性储能器件因其电解液的不易燃性和高的离子电导率等优势而备受关注。其中,镍锌(Ni-Zn)电池具有高电压、高功率、良好的安全性和低成本等优点被认为是一种很有前途的商业应用候选电池。但是,镍基正极存在的电子导电率低和可逆氧化还原性差等问题,不能最大化地提升电池的能量密度。此外,混合超级电容器(HSC)可以作为一个集电池型电极的高能量密度与电容型电极的超高功率密度于一体的储能器件,来更好的实现储能应用的高需求。但是,其能量密度仍然受限。为了解决上述两种储能器件遇到的问题,研究高性能电池型电极材料至关重要。基于此,本文在镍钴金属化合物的基础上对其进行调控和设计,构建一种新型的电极材料进一步提升其在Ni-Zn电池和HSC的电化学储能。具体内容可分为以下三部分:(1)基于前驱体转换的方法设计合成了一系列不同镍钴比例与石墨烯复合的硫化物,研究讨论了镍钴组分对NiCo-S/RGO电化学性能的影响,当镍钴比为2:1时,NiCo-S/RGO展示出最佳性能。此外,由于RGO有着高比表面积对电解质的扩散距离短以及反应动力学快,将NiCo-S与RGO复合增强了表面活性位点,且RGO的存在进一步提高NiCo-S的循环稳定性,实现NiCo-S/RGO在Ni-Zn电池中优异的电化学储能。(2)通过水热、退火及磷化处理制备出片状NiCoP-NiCoO/NiCo?PO异质材料,该多组分材料由高晶态NiCoP纳米颗粒分散于非晶态NiCo?PO基体构成,不同化学性质和晶相的组分之间的界面效应显著提高电化学储能性能。同时,研究不同磷化程度对各组分及电化学性能的影响,当Na HPO?HO的质量为NiCoO的10倍时,NiCoP-NiCoO/NiCo?PO电极具有最优电化学性能。基于此,组装HSC和Ni-Zn电池来评测其在实际应用中的潜力,二者均展示出优异的能量密度和良好的循环稳定性。(3)通过简便的喷雾热解和磷化热处理工艺合成了具有中空结构的NiCoP-x纳米球,实现了优秀的电化学性能。这种具有特殊结构的微球,提供大的比表面积,增强电极和电解液间的界面效应,且为电化学过程中的体积膨胀提供缓冲,显著提升电化学稳定性。此外,磷化物固有的低电负性大大提升材料整体电子电导率,优化速率性能。同时研究磷化程度对NiCoP-x的组分和储能性能的影响。其中,NiCoP-5在比电容、倍率特性以及循环特性方面显示出良好电化学特性,也展现出在HSC和Ni-Zn电池应用中的巨大潜力。

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同方学位论文库评论

镍钴化合物基电极材料的制备及超级电容器性能研究

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作者：钱宇宸东华大学

学位级别：硕士

超级电容器具有高功率密度和超长的使用寿命已经被广泛应用于电动汽车、新能源存储系统和军事设备等领域。在超级电容器的组成中,电极材料起着决定器件性能优劣的关键作用,因此电极材料的研究对超级电容器性能的提升有重要意义。镍钴化... 详细信息

超级电容器具有高功率密度和超长的使用寿命已经被广泛应用于电动汽车、新能源存储系统和军事设备等领域。在超级电容器的组成中,电极材料起着决定器件性能优劣的关键作用,因此电极材料的研究对超级电容器性能的提升有重要意义。镍钴化合物基电极材料具有价格低廉、合成简易、理论比容量高等优点受到了广泛的关注,但也存在本征电导率低和在长期循环中结构易发生破坏等缺点。目前构建分级结构是提高镍钴化合物基电极材料比表面积、增大活性物质利用率及维持材料结构稳定性的一种有效方法。因此,本论文在泡沫镍上制备了一系列具有分级结构的基于镍钴化合物的复合材料纳米阵列,包括具有3D多孔蜂窝状结构的NF@Ni CoO/Ni Mn-LDH纳米阵列,Ni CoO超薄纳米片与Ni Co-LDH超细纳米线构建的NF@Ni CoO/Ni Co-LDH混合阵列,以及具有核壳结构的NF@Ni Mo O@Ni CoO纳米阵列,表征了所合成材料的组成和结构信息,研究了上述材料的电化学性能与所构筑的分级结构之间的关系,并将制得的材料组装成非对称超级电容器,考察了它们在储能领域的应用前景。研究内容与结果如下:(1)通过水热反应结合热处理工艺将Ni CoO纳米片直接生长在泡沫镍表面,互连的纳米片能够形成有序的孔隙;在第二步水热反应中,将尺寸更小的Ni Mn-LDH纳米片嵌入Ni CoO纳米片所形成的孔隙中,Ni Mn-LDH纳米片与Ni CoO纳米片相互连接形成具有异质结构的蜂窝状Ni CoO/Ni Mn-LDH纳米片。在这种结构中Ni CoO相当于“栅栏”将Ni Mn-LDH隔开,从而优化了Ni Mn-LDH的导电路径,增强了其电荷转移能力。此外,蜂窝状结构具有比Ni CoO纳米片更大的比表面积和丰富的孔隙结构,从而使大量的Ni CoO/Ni Mn-LDH异质界面暴露在电解液中,缩短了离子的扩散距离,促进了电解质离子与活性材料之间的有效接触。NF@Ni CoO/Ni Mn-LDH展现出了优异的比电容和倍率特性。在1 A g下NF@Ni CoO/Ni Mn-LDH的比电容可以达到3760 F g,当电流密度上升至20 A g时其倍率特性为70.5%,经过3000圈循环后容量保持率为53%。组装的器件在功率密度为850 W kg下的能量密度可以达到72.7 Wh kg。同时,器件具有良好的柔性,由其制成的柔性表带能为表盘供电25分钟以上。(2)通过水热反应并经过热处理在泡沫镍上原位生长了Ni CoO超薄纳米片,Ni CoO纳米片通过有序取向形成了互连的3D多孔网络;在第二步水热反应中,通过控制反应液的浓度制得了不同形貌的Ni Co-LDH。其中,由Ni CoO超薄纳米片与Ni Co-LDH超细纳米线构成的NF@Ni CoO/Ni Co-LDH-2混合阵列展现出了最优异的电化学性能。Ni CoO超薄纳米片和Ni Co-LDH超细纳米线之间相互接触可以增强两种材料间的联系并形成了混杂的导电网络,从而加快了电子的传输。此外,所形成的交叉构型和开放空间能够保证材料的结构在反复充放电过程中不会受到破坏。因此,NF@Ni CoO/Ni Co-LDH-2具有优异的比电容(2194 F g)和倍率特性(20 A g下为88.7%),以及出色的循环稳定性(10000圈后的容量保持率为102.7%)。组装的器件在功率密度为849 W kg下的能量密度可以达到58 Wh kg,并能够作为电源为计时器和风扇供电。(3)通过两步水热反应结合热处理工艺在泡沫镍上合成了具有核壳结构的NF@Ni Mo O@Ni CoO电极。在所构建的核壳结构中,1D Ni Mo O纳米棒作为核层为电子传输提供了快速的路径;而2D Ni CoO纳米片充当壳层能够促进电解质离子的扩散。此外,纳米片相互连接形成的有序孔洞能够缓解该复合材料在反复充放电过程中体积的变化,保证了电极材料结构的完整性。在1 A g下NF@Ni Mo O@Ni CoO的比电容可以达到1920 F g,当电流密度上升至10 A g时其倍率特性为82%,经过10000圈循环后其容量保持率为91.6%。组装的器件在功率密度为850 W kg下的能量密度可以达到54.5 Wh kg,将其作为电源能够点亮LED灯泡。此外,器件能够在弯折条件下使用,显示出良好的柔性。

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镍钴化合物的制备及其储能性能研究

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作者：宋鑫鑫青岛大学

学位级别：硕士

混合超级电容器结合了超级电容器和电池的双重优势,有望实现兼具高比能量和比功率的特性,因而在储能领域受到广泛的关注。然而,电池材料较低的倍率性能和循环稳定性导致其与电容型材料不匹配,这对混合超级电容器的实际应用仍是一个大的... 详细信息

混合超级电容器结合了超级电容器和电池的双重优势,有望实现兼具高比能量和比功率的特性,因而在储能领域受到广泛的关注。然而,电池材料较低的倍率性能和循环稳定性导致其与电容型材料不匹配,这对混合超级电容器的实际应用仍是一个大的挑战。因此,高倍率和高循环性能的电活性材料的研究越来越受到人们的重视。本论文基于多金属离子之间的协同作用及配位阴离子的电化学调控作用,设计高性能的双金属镍钴化合物,旨在进一步提高镍钴化合物的比容量、倍率性能和循环稳定性。基于此,本文着重针对二元镍钴氢氧化物、硫化物和硒化物展开了研究,主要分为以下几个部分:(1)鉴于非晶结构更高的无序性能够提供更高的活性位点及离子扩散通道,研究不同金属组分的非晶氢氧化物。基于前驱体转化法,制备出含有不同镍钴比例的超均匀纳米球,实现了超高的电化学活性。同时,通过调控镍钴组分的含量,成功的制备出具有高电化学活性、倍率性能和循环性能的非晶氢氧化物。其中,NiCo(OH)在1 A/g时的最佳比容量为833 C/g,在50 A/g时仍保持65%的比容量。基于非晶态NiCo(OH)组装混合超级电容器,实现了优越的电化学性能,包括高比功率、高比能量和超长循环寿命。(2)通过阴离子交换反应为基础的前驱体转化法成功制备具有不同镍钴比例的多孔MS(M=Ni,Co)样品。其中,阴离子交换反应引起过渡金属离子与S的外部运动和重组,形成富含边缘活性位点的多孔微结构。镍和钴之间的协同作用使其具有优异的电化学活性,从而获得高比容量性能。MS相有助于降低电荷转移电阻,能够获得更好的倍率性能。其中,NiCoS具有最高的比容量,在1 A/g实现了高达768 C/g的比容量,在电流密度为50 A/g时,保持最初比容量的59%。此外,将NiCoS用作阴极材料与石墨烯组装混合超级电容器,同时获得高的能量密度和功率密度。(3)开发出低温硒化法合成了分等级结构的NiCoSe,这种分等级结构包括中空内部结构、三维海胆状整体形貌和非常多孔的纳米线。受益于这种分等级结构,NiCoSe表现出显著提高的比表面积,能提供更多的电活性位点,并且这种自支撑的三维结构能够与电解质良好的接触。因此,分等级NiCoSe样品具有较高的比容量、倍率特性及循环稳定性,在电流密度为1 A/g实现了高达524 C/g的比容量,并且经过3500次充放电循环后其比容量仍可保持最初的91%。此外,组装的NiCoSe//RGO混合超级电容器表现出高比能量、高比功率及超长循环稳定性,进一步证实了分等级NiCoSe的优越性能。

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碳@镍钴化合物核壳结构纤维的原位构筑与电化学性能研究

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作者：张振渊青岛大学

学位级别：硕士

化石能源的匮乏以及由化石能源大量使用而带来的环境问题日益凸显,因此,发展绿色经济,建设绿色社会,逐步实现“碳达峰”和“碳中和”已成为我国未来发展的重要议题。众所周知,开发高效的能源储存器件与新的清洁能源取代即将枯竭的化石燃... 详细信息

化石能源的匮乏以及由化石能源大量使用而带来的环境问题日益凸显,因此,发展绿色经济,建设绿色社会,逐步实现“碳达峰”和“碳中和”已成为我国未来发展的重要议题。众所周知,开发高效的能源储存器件与新的清洁能源取代即将枯竭的化石燃料,可极大地缓解目前的能源危机和环境污染问题。鉴于此,本论文以碳@镍钴化合物核壳结构纤维为基础,通过设计核壳材料的组分、结构以及制备方法,构筑了碳@镍钴磷化物、碳@镍钴硫化物两种不同的分级核壳结构纤维,并分别探究了核壳结构的制备过程以及材料形貌和组成对其电化学性能的影响,具体内容如下:(1)采用聚多巴胺(PDA)衍生的掺氮碳(NC)层作为界面耦合桥,使一维(1D)的镍钴磷化物(Ni Co-P)纳米线阵列锚定在二维(2D)的碳布(CC)导电基材上,最终形成三维(3D)的分级结构,表示为CC@NC/Ni Co-P。Ni Co-P中的金属离子与NC中的氮物种之间的强烈结合作用不仅显著提高了复合物的稳定性,还改善了其电子传导性。因此,所制备的CC@NC/Ni Co-P电极具有优异的电化学电容性能,包括超高的比容量和优异的倍率性能。组装的非对称超级电容器(ASC)器件可提供28.47 Wh kg的最佳能量密度和出色的循环耐久性。此外,当CC@NC/Ni Co-P作为析氢反应(HER)电催化剂时,其在0.5 M HSO和1 M KOH电解液中都具有低的过电位和小的Tafel斜率。(2)利用静电纺丝、碳化以及原位硫化工艺制备了NiCo/C@NiCoS(CNCS)核壳结构纤维,并通过改变碳化温度控制纤维表面镍钴金属颗粒的尺寸及分布,进而实现对Ni Co S纳米片形貌和负载量的调控。实验结果表明,碳化温度越高,纳米纤维表面的金属颗粒尺寸越大、团聚越严重,硫化后Ni Co S纳米片的尺寸越小、负载量越低。以所制备的CNCS为正极,活化的碳纳米纤维(ACNFs)为负极,组装的ASC器件的比容量在1 A g时为109.1 F g,当功率密度为800 W kg时,其能量密度高达38.73 Wh kg。此外,在5 A g下进行10000次循环充放电后,器件仍具有93.1%的高容量保持率和97.8%的良好库仑效率,显示出优异的循环耐久性。

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镍钴基化合物的电解液界面反应活性调控及混合超级电容性能研究

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作者：胡玉真青岛大学

学位级别：硕士

混合超级电容器结合了电池和双电层电容器的双重优势,具有较高的功率密度和能量密度以及良好的电化学稳定性等特点,近年来受到越来越多地研究。然而,由于电池型材料迟缓的离子扩散和较低的结构稳定性限制了其电化学性能,因此提高电池型... 详细信息

混合超级电容器结合了电池和双电层电容器的双重优势,具有较高的功率密度和能量密度以及良好的电化学稳定性等特点,近年来受到越来越多地研究。然而,由于电池型材料迟缓的离子扩散和较低的结构稳定性限制了其电化学性能,因此提高电池型电极材料的性能是发展高性能混合超级电容器的重要手段。基于此,本文通过对电极材料结构以及复合方法进行调控达到优化电极材料/电解液界面的反应活性的目的,从而提高混合超级电容器的性能。具体内容如下所述:(1)采用低温硒化法合成出一系列具有分级结构的镍钴硒化物材料,这种复杂的层次结构提高了电极材料/电解液界面的反应活性。利用在低温环境下氢氧化物前驱体与硒反应转化成硒化物。硒化过程导致了样品的重结晶,产生了纳米微粒和纳米片的复杂层次结构。通过调整不同的Ni与Co的比例,可以得到最优的硒化物电荷存储性能。当Ni与Co的比例为4:2时,镍钴硒化物的综合性能最好。NiCoSe在比容量和循环性能方面表现出优异的性能。基于NiCoSe的混合器件也表现出高比能量和比功率性能。(2)研究了通过阴离子交换反应制备出Mn掺杂的NiCoS双壳层中空纳米线阵列,这种结构提高了NiCoS电化学反应活性和电极材料/电解液界面反应,实现了良好的超级电容性能。并探究了Mn在NiCoS中的掺杂效应,Mn成分减缓了材料的外扩散,使硫化物在纳米线阵列中形成双壳中空结构。NiCoMn-S这种特殊的双壳中空纳米线结构使其在比容量高、倍率性能优越、循环稳定性稳定等方面表现出更好的性能。更重要的是,采用还原氧化石墨烯(RGO)组装的基于NiCoMn-S的混合器件具有大的能量密度和功率性能。(3)通过简易的水浴法制备石墨烯复合镍钴氧化物(NiCoO/RGO)超薄纳米片,实现了优异的超级电容性能。石墨烯复合镍钴氧化物呈现出一种超薄纳米片结构,优化了电极材料与电解液离子的接触反应。退火过程中由于引入了氧空位,从而提高了电极材料的电导率,从而提高了电极材料的超级电容性能。并且基于NiCoO/RGO的混合器件具有较高的比能和比功率性能,表明了NiCoO/RGO是一种非常有吸引力的电极材料。

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多元镍钴基化合物电极材料的储能性能研究

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作者：孙超中国地质大学(北京)

学位级别：硕士

超级电容器因其充放电速度快、稳定性强、功率密度高等优点,在新兴的储能器件中脱颖而出,电极材料作为超级电容器性能的决定因素,一直是人们研究的重点。镍、钴两种元素在自然界中含量高,成本低,价态多变,且两种元素同时存在时具有协同... 详细信息

超级电容器因其充放电速度快、稳定性强、功率密度高等优点,在新兴的储能器件中脱颖而出,电极材料作为超级电容器性能的决定因素,一直是人们研究的重点。镍、钴两种元素在自然界中含量高,成本低,价态多变,且两种元素同时存在时具有协同效应,因而镍钴化合物被认为是理想的电极材料。但是,镍钴化合物导电性差、体积膨胀明显等缺点限制了其广泛应用。本论文以具有代表性的几种镍钴化合物(镍钴氧化物、镍钴磷酸盐、镍钴硫化物和镍钴氢氧化物)为主要研究对象,将其与碳材料复合,并对复合材料应用于超级电容器电极的电化学性能进行研究,探讨其结构-性能关系。研究内容如下:(1)通过电沉积法将NiCoO和还原氧化石墨烯依次沉积于泡沫镍表面,制备了无粘结剂的自支撑NiCoO@r GO电极,并将其应用于超级电容器。NiCoO直接负载在泡沫镍表面,可与泡沫镍进行直接、高效的电子传输,缩短了电子传输路径。其表面均匀覆盖的薄层石墨烯,进一步提供了大量的导电通路,增加电极的导电性,石墨烯表面的褶皱结构可增加电极材料与电解液的接触面积,同时也可以作为缓冲层吸收电化学反应中的不良应力,避免材料发生脱落。还原氧化石墨烯包覆NiCoO复合材料在1 A g的电流密度下比电容值达到了920.2 F g。(2)通过液相原位生长法制备泡沫镍支撑的还原氧化石墨烯包覆镍钴磷酸盐复合材料(NCPO@r GO),并将其应用于超级电容器。在该电极材料中,石墨烯将Ni(PO)·8HO和Co(PO)·8HO包覆在内形成独特的“三明治”结构,并生长于泡沫镍之上。石墨烯在泡沫镍和磷酸盐之间直接建立了直接的电子传输通道,增强了复合材料的导电性,包覆结构也可以减弱镍钴磷酸盐的体积膨胀。原位生长还原氧化石墨烯包覆镍钴磷酸盐电极材料在1 A g的电流密度下比电容值达到了1416.7 F g,面电容值达到了3.69 F cm。(3)通过两步水热法,将酸化碳纳米管(aCNT)缠绕于CoS表面,再将二者镶嵌于NiCo LDH中,制备了CoS-a CNT-NiCo LDH复合材料,并将其应用于超级电容器。CoS-a CNT-NiCo LDH呈现为独特的镶嵌式结构,NiCo LDH作为镶嵌基体,可以提供较高的比电容贡献,而且具有较大的比表面积;空心CoS镶嵌其中,可以将材料内外联通弄,提供更多的离子传输通道;a CNT缠绕CoS,既可以提高导电性,也可以减弱CoS的体积膨胀。CoS-a CNT-NiCo LDH复合材料在1 A g的电流密度下比电容值达到了1121.4 F g。

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石墨烯/镍钴化合物复合材料的制备及其电化学性能研究

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作者：陈慧兰郑州大学

学位级别：硕士

人类如今面临着能源短缺和环境污染等问题,积极地开发可再生能源转化成电能是行之有效的方法,研发节能环保的高效储能装置至关重要。超级电容器在能量的储存与转化中大有可为,镍钴双金属化合物电极材料在超级电容器领域受到广泛的关注... 详细信息

人类如今面临着能源短缺和环境污染等问题,积极地开发可再生能源转化成电能是行之有效的方法,研发节能环保的高效储能装置至关重要。超级电容器在能量的储存与转化中大有可为,镍钴双金属化合物电极材料在超级电容器领域受到广泛的关注。本论文选取Ni-Co双金属组合,以石墨烯为基底,制备石墨烯/镍钴化合物复合材料(NCS/rGO),期望在两者协同作用下,合成电化学性能优异的超级电容器电极材料。主要研究内容如下:(1)采用溶剂热法,使用不同的硫源和溶剂制备石墨烯和镍钴硫化物复合材料(NCS/rGO)。当采用硫脲(THU)为硫源,溶剂为乙二醇(EG)与去离子水(DI)水体积比为1:1时,NCS/rGO复合材料中,rGO表面呈现分布较为均匀、颗粒直径更小的NiCoS颗粒。NCS/rGO-1复合材料首次充放电,比电容为1648 F/g,前20次充放电后,电极被活化,比电容增至1672 F/g;充放电300次后,比电容减小至1580 F/g,循环性能相对较好。(2)硝酸钴和硝酸镍的比例不变,改变其投加量,探究复合材料中石墨烯含量对NCS/rGO的电化学性能的影响。随着石墨烯含量的增加,NCS/rGO的比电容先增大后减小。石墨烯含量较高时,作为活性组分的镍钴硫化物的发生法拉第反应提供的赝电容减少。rGO含量为17.54wt%的复合物NCS/rGO-1.00表现出更高的比电容(1406 F/g),在1.0 A/g的电流密度下,充放电循环300圈后,其电容保留率为63.73%。(3)以生长于氧化石墨烯表面的ZIF-67(ZIF-67@GO)为前驱体,得到负载在还原氧化石墨烯表面的镍钴双金属氢氧化物(Ni-Co LDH@rGO)。Ni-Co LDH@rGO保留立方体结构,表面粗糙,片状物堆叠而成。rGO含量为25.50wt%的Ni-Co LDH@rGO-10比电容较高,为1246 F/g。在1 A/g的电流密度下,Ni-CoLDH@rGO-10经300次充放电循环后,保留率为82.5%。(4)以生长于氧化石墨烯表面的ZIF-67(ZIF-67@GO)为前驱体,添加硫代乙酰胺为硫源,得到负载在还原氧化石墨烯表面的镍钴双金属硫化物(Ni-Co-S@rGO)。rGO含量为35.41wt%的Ni-Co-S@rGO-10的比电容较高,为1240 F/g。在1 A/g的电流密度下,Ni-Co-S@rGO-10经300次充放电循环后,比电容保留率为86.93%。

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基于纳米加工技术的能量存储与转换器件关键技术的研究

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作者：赵良才中原工学院

学位级别：硕士

毫无疑问,能源问题是现如今全球都将面对的挑战之一。化石燃料的稀缺和环境缺乏改善迫使着研究人员探索新的清洁能源,同时也不断追求高性能的储能装置和技术。太阳能以及风能是无公害、能够可持续性利用的新型能源,但是这些新型能源的... 详细信息

毫无疑问,能源问题是现如今全球都将面对的挑战之一。化石燃料的稀缺和环境缺乏改善迫使着研究人员探索新的清洁能源,同时也不断追求高性能的储能装置和技术。太阳能以及风能是无公害、能够可持续性利用的新型能源,但是这些新型能源的转化和存储效率极大的限制了他们的应用。在众多储能设备中,与普通的电池相比,超级电容器以较快的充放电速度、较高的功率密度以及优异的容量保持率等优点成为全新可替代的电化学储能设备。碳材料以及过渡金属化合物经常当作电极材料组装制备超级电容器器件。但是由于两种材料本身的特性,碳材料具有卓越的导电性,唯一不足的是碳材料的比容量以及能量密度很小;恰恰相反,过渡金属化合物由于本身的结构特性往往具有很好的比容量、能量密度和稳定性,但是本身的导电性又受到了限制。基于纳米加工技术以碳材料为基底原位生长过渡金属化合物会是一种优秀的超级电容器电极材料。并且其独特的复合结构构筑能量转换器件用作于摩擦纳米发电机(TENG)也具有很好的性能。这样不但TENG摩擦层电极材料的选择增多,而且扩大了合成材料的应用领域。本论文的研究内容主要包括:(1)在100℃的条件下,硝酸镍、硝酸钴、尿素在无水乙醇和水的混合溶液中进行反应,合成NiCo(CO)(OH)·0.11HO(NCC);在100的条件下,硝酸镍、硝酸钴、尿素、碳纳米管(CNTs)在无水乙醇和水的混合溶液中进行反应,运用原位生长纳米加工技术合成CNTs@NiCo(CO)(OH)·0.11HO(CNTs@NCC)。CNTs@NCC是以CNTs为基底,硝酸镍、硝酸钴和尿素反应生成的NiCo(CO)(OH)·0.11HO(NCC)沉积在CNTs表面,形成了一种纳米级的CNTs@NCC复合材料。(2)以NCC和CNTs@NCC为电极正极材料分别组装超级电容器两电极器件。CNTs@NCC//活性炭(AC)器件在电解液(2 M KOH)中表现出优异的比电容(电流密度为0.5 A·g时,比容量达到了102.9 F·g),且以此组装的PVA/KOH全固态超级电容器同样表现出理想的的比电容和优异的容量保持率。(3)以CNTs@NCC和NCC作为电极材料构筑摩擦层电极极片组装TENG,并将TENG收集的能量经过整流器对电容器进行充放电测试。在工作频率为5 Hz条件下,以NCC组装而成的TENG的短路电流达到了60μA,电荷密度达到了80μC·m,另外输出电流整流后的电流约为50μA。在5 Hz的工作频率下对TENG进行了稳定性测试,在循环50000周以后依旧能保持几乎相同的输出,同时在210 s内可以使100μF电容器的电压充到5 V左右。

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一步电沉积制备镍钴基复合电极材料及其超级电容器应用研究

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作者：熊余帅南昌大学

学位级别：硕士

超级电容器相对于电池类储能元件具有高的功率密度、快速充放电的性能、长循环寿命等一系列的优点,成为了当下的研究热点。但是和电池类的储能元件相比,能量密度低限制了它的应用范围,特别是在大型用电设备中的应用。如何解决这个限制点... 详细信息

超级电容器相对于电池类储能元件具有高的功率密度、快速充放电的性能、长循环寿命等一系列的优点,成为了当下的研究热点。但是和电池类的储能元件相比,能量密度低限制了它的应用范围,特别是在大型用电设备中的应用。如何解决这个限制点,成为了大家研究的热门方向。电极材料是决定超级电容器性能的主要因素,所以如何去设计一个具有高比电容的电极是解决超级电容器能量密度低的关键所在。在同等条件下,赝电容材料储存电荷的水平远远高于双电层材料,其中过渡金属磷化物和硫化物具有较高的理论比电容及电化学活性而被广泛研究。但是由于制备过程复杂、倍率性能和循环稳定性较差等原因,限制了它的发展。本论文以如何简单、高效地制备高性能过渡金属磷、硫化物电极为出发点,采用一步电沉积策略,用铜/多孔氧化铜（Cu/p-CuO）纳米线和高导电碳布（CC）为基底制备了镍钴磷酸盐纳米片电极和镍钴磷硫化物电极,系统的研究了其形貌特征和电化学性能,主要内容包括:1.在多孔的Cu/p-CuO基底上面通过一步电沉积法制备多孔的超薄NiCo（HPO4）2·3H2O（简称为 NiCo-P）纳米片电极。实验证明 Cu/p-CuO/NiCo-P电极具有超高的比容量（在2A g-1时为1768.5 C g-1）,优异的倍率性能（在100 Ag-1时为1144.8 C g-1）和电化学稳定性（在10 Ag-1的条件下进行10000次循环后,比电容保留率达到92%）。因为NiCo-P纳米片和基底构成了三维（3D）纳米阵列结构,所以材料的“有效比表面积”得到了提升。而且多孔的CuO纳米线增加了离子传输高速途径及活性物质的负载量。本方法制备的电极材料的电容性能高于文献中报道的大多数赝电容材料。此外,和3D石墨烯凝胶（简称为3DPG）组成的Cu/p-CuO/NiCo-P//3DPG非对称超级电容器（ASC）器件在800.6 W kg-1的功率密度下表现出88.1 Wh kg-1的高能量密度,并且具有显著的循环寿命（10000次循环后保留89%）。2.在高导电性的碳布表面利用一步电沉积法生长二维（2D）镍钴磷硫化物（简称为NiCo-P-S）纳米片电极,CC/NiCo-P-S电极在4 A g-1电流密度下,表现出2744 F g-1的比电容,而且在100 A g-1电流密度下表现出2267.8 F g-1比电容及高倍率性能（82.6%）。将其与活性炭电极组装成ASC器件,有着1.6 V的工作电压窗口,在1 Ag-1的电流密度下,比电容为114F g-1。该器件在694.8Wkg-1的功率密度下表现出40.53 Wh kg-1的能量密度,并且具有显着的循环稳定性（10000个周期后保留91.87%）。

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