检索结果-南通市图书馆

作者：张静浙江大学

学位级别：硕士

a-Ni(OH)2是一种水滑石结构的超级电容器电极材料,有很高的理论比电容,但导电性差,因此倍率性能及循环稳定性有待提高。a-Co(OH)2具有良好的导电性,且与a-Ni(OH)2具有相似的微观结构。制备镍钴二元氢氧化物可以兼具二者的优势,获得镍钴... 详细信息

a-Ni(OH)2是一种水滑石结构的超级电容器电极材料,有很高的理论比电容,但导电性差,因此倍率性能及循环稳定性有待提高。a-Co(OH)2具有良好的导电性,且与a-Ni(OH)2具有相似的微观结构。制备镍钴二元氢氧化物可以兼具二者的优势,获得镍钴协同效应,实现更高的比电容与更好的循环稳定性能。本文首先用水热法合成了水滑石结构的镍钴二元氢氧化物,并探究了元素成分对材料电化学性能的影响。与单金属氢氧化物相比,二元氢氧化物的层间距明显变大,维持形貌基本不变,电化学测试表明,镍钴二元氢氧化物的比电容、倍率性能以及循环稳定性均得到了提高。选择初始反应物Co:Ni=7:3的样品和活性炭分别作为正、负极材料组装成不对称超级电容器,它具有良好的倍率性能和循环稳定性能,同时可以获得很高的功率密度和能量密度。随后,将上述镍钴二元氢氧化物作为前驱体,经过煅烧获得具有多孔结构的镍钴二元氧化物,研究了其组成成分、比表面积和孔结构,并对其进行了电化学性能表征。结果同样表明,镍钴二元氧化物具有比单金属氧化物更优的电化学性能。其中,初始反应物含量Co:Ni=7:3样品的比电容最高(750Fg-1),倍率性能好,且循环稳定性佳。将它与活性炭分别作为正、负极材料组装的不对称电容器的电压窗口高(1.75V),且能量密度大、循环稳定性好(10,000个循环后比电容保留86.4%)。

关键词：镍钴氢氧化物镍钴氧化物三维花状结构超级电容器不对称电容器

直接甲醇燃料电池阴极催化剂镍钴二元氧化物的制备及其性能研究

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直接甲醇燃料电池阴极催化剂镍钴二元氧化物的制备及其性能研究

作者：戚霁陕西科技大学

学位级别：硕士

近年来,环境污染问题日趋严重,追求可持续发展的绿色能源越来越引起了人们的重视。直接甲醇燃料电池（Direct Methanol Fuel Cells,DMFCs）是一种可以将化学能直接转换成电能的新型能量转换装置,具有较高的能量密度、无污染等优点,在便... 详细信息

近年来,环境污染问题日趋严重,追求可持续发展的绿色能源越来越引起了人们的重视。直接甲醇燃料电池（Direct Methanol Fuel Cells,DMFCs）是一种可以将化学能直接转换成电能的新型能量转换装置,具有较高的能量密度、无污染等优点,在便携式设备领域受到了广泛的关注。与普遍使用的氢氧燃料电池相比,DMFCs所用燃料为甲醇溶液,在燃料的储存和运输方面具有明显的优势。目前制约DMFCs商业化应用的瓶颈主要有以下几个方面:首先,DMFCs的成本较高,由于阴、阳极催化剂通常采用昂贵的贵金属Pt或Pt基合金,并且大多采用Nafion膜作为电解质膜,这都极大地提高了电池成本;其次,在DMFCs中甲醇溶液容易穿透Nafion膜,在阴极同时发生氧化和还原反应,在阴极产生相应的“混合电位”,导致电池性能下降;此外,DMFCs的功率密度和稳定性较差,不能满足商业化的要求。本论文以降低电池成本,提高电池性能为研究目标,通过制备具有优异耐甲醇毒化性能的镍钴二元氧化物材料及其复合材料作为DMFCs的阴极催化剂,针对过渡金属氧化物导电性差、电池稳定性差等问题提出解决思路,具体工作包括以下几个方面:（1）为了提高过渡金属氧化物的导电性,在二维片层自组装形成的纳米花状脲醛树脂基碳材料上,通过简单的热浴法制备Co1.29Ni1.71O4纳米片,同时在Co1.29Ni1.71O4纳米片表面分散负载ec600,进一步加速反应过程中电子在Co1.29Ni1.71O4纳米片上的传输,合成了具有多级导电网络的NC/Co1.29Ni1.71O4复合催化剂。这种具有多级导电网络的结构可以有效解决过渡金属氧化物导电性不足的缺点。将所制备的NC/Co1.29Ni1.71O4及Co1.29Ni1.71O4样品作为阴极催化剂,PtRu/C为阳极催化剂,组装DMFCs电池并进行测试。在以Co1.29Ni1.71O4和NC/Co1.29Ni1.71O4分别作为阴极催化剂时,电池最大输出功率密度为1.90mW·cm-2和7.40 mW·cm-2,说明三维导电网络结构可以大幅度提升过渡金属氧化物的导电性及其氧还原催化性能。（2）针对直接甲醇燃料电池稳定性差的问题,合成了具有三维网状结构的NiCo2O4作为阴极催化剂。以PMMA胶体晶体为模板,采用盐沉淀法合成了具有三维网状结构的NiCo2O4,该结构是由有序大孔和介孔组成的多级孔结构。以NiCo2O4为阴极催化剂,PtRu/C为阳极催化剂,PFM为电解质膜组装DMFCs,在15℃和40℃时其最大输出功率密度分别为14.25 mW·cm-2和26.00 mW·cm-2。在耐久性测试中,以NiCo2O4为阴极催化剂的DMFC可以连续运行1406小时,是文献报道中同类型电池的6倍左右,其优异的稳定性主要归因于NiCo2O4分级有序的多孔结构。介孔为催化剂提供了丰富的催化活性位点,而连通有序的大孔可以作为催化剂的传质通道,并且可以缓解在电池长期运行中阴极水淹和纳米催化剂的结构变化等问题。这项工作为制造高稳定性DMFCs提供了研究思路。（3）针对前期研究中阴极的制备工艺复杂繁琐,以及催化剂层中使用粘结剂PTFE会降低电极的导电性等问题,这项工作采用简单的两步法在泡沫镍上原位沉积用于增强导电性的氮掺杂碳材料以及NiCo2O4催化剂,得到一体化多孔阴极电极。以泡沫镍@NC/NiCo2O4一体化电极作为阴极,PtRu/C作为阳极催化剂,PFM作为电解质膜组装DMFCs,在20℃,40℃和60℃时最大功率密度分别为 11.76 mW·cm-2、21.12 mW·cm-2和28.35 mW·cm-2。该一体化电极的制备简化了工艺步骤,保证催化剂与泡沫镍的紧密接触,减小接触电阻,由于没有使用PTFE缩短了电子以及离子的传输通道,提高了导电性。并且一体化电极具有较高的比表面积和较宽的孔径分布,有利于电解液和氧气的扩散,有效缓解阴极水淹现象,增加了产物水的传输动力学,起到“水管理”的作用,延长了电池的使用寿命。因此,一体化电极在燃料电池领域具有较好的发展前途,但是由于目前催化剂的载量较小,其电池输出性能还有待进一步提升。

关键词：直接甲醇燃料电池镍钴氧化物氧还原反应稳定性

MOFs衍生的钴基催化剂的制备及其对甲苯催化氧化性能的研究

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MOFs衍生的钴基催化剂的制备及其对甲苯催化氧化性能的研究

作者：罗利重庆大学

学位级别：硕士

挥发性有机物(Volatile Organic Compounds,VOCs)不仅危害人体健康,而且还会引起严重的空气污染问题,如雾霾和光化学烟雾的形成均与VOCs有关。催化氧化因具有高效、二次污染少等优点被认为是末端降解VOCs的一种常用技术之一。催化氧化降... 详细信息

挥发性有机物(Volatile Organic Compounds,VOCs)不仅危害人体健康,而且还会引起严重的空气污染问题,如雾霾和光化学烟雾的形成均与VOCs有关。催化氧化因具有高效、二次污染少等优点被认为是末端降解VOCs的一种常用技术之一。催化氧化降解VOCs的常用催化剂主要有贵金属和非贵金属催化剂,贵金属催化剂虽具有起燃温度低、去除完全等优点,但高昂的价格限制其广泛应用。过渡金属氧化物催化剂因具有成本低、储量丰富和抗中毒能力强的优势,所以本文选用MOFs衍生的镍钴、锰钴金属氧化物催化剂为研究对象,并以甲苯为VOCs的模型反应物,对催化剂的催化氧化性能进行了评价。本论文的主要研究内容及结果如下:(1)采用简单的自组装法制备了Co-MOFs和NiCo-MOFs前驱体,并用氨水对NiCo-MOFs前驱体进行刻蚀,随后热解前驱体分别获得CoO、NiO/CoO和刻蚀-NiO/CoO催化剂。对比CoO和NiO/CoO,在甲苯浓度为1 000 ppm和质量空速为20 000 m L g h的条件下,刻蚀-NiO/CoO对甲苯的催化性能最好,其T为277℃。通过BET和XPS结果表明,氨水刻蚀后的NiO/CoO具有较大的比表面积,且孔结构发达,有利于暴露更多的活性位点和气体分子的传递和吸附;相对于单相CoO,刻蚀-NiO/CoO催化剂氧空位丰富、Ni含量高、O/O比例高,从而提高了催化剂对甲苯的降解活性。(2)通过自组装法制备了锰钴尖晶石氧化物催化剂并应用于甲苯催化氧化,考察了热解温度、不同合成方法等对催化氧化性能的影响。热解温度为400℃时,前驱体能完全转化,MOF-CMO/400样品拥有最好的甲苯氧化活性,其T和T分为203℃和209℃,并且其T对应温度比共沉淀得到的Co MnO纳米颗粒催化剂降低38℃(T=247℃)。此外,在210℃时,MOFs沉淀法制备的MOF-CMO/400的比反应速率(2.5×10 mol m s)是传统共沉淀法制备的Co MnO(3.9×10 mol m s)的6.4倍。利用TEM、XPS、Raman、EPR等分析证明MOF-CMO/400催化剂特殊的中空结构和氧空位浓度是高性能的主要因素。氧空位通常被认为是活性位点,在活化气态氧分子和晶格氧迁移方面起着至关重要的作用。(3)通过in situ FTIR测试对不同方法制备的MOF-CMO/400纳米立方体和Co MnO纳米颗粒催化剂催化氧化甲苯的过程进行了研究,甲苯主要吸附在催化剂表面的Mn和Co位点,在催化剂表面随后被转化成中间体从而被彻底降解;催化剂表面的氧空位作为氧气(O)的吸附活化位点,O被活化为一系列活性氧物种去参与甲苯的催化氧化反应。在催化剂表面发生的甲苯氧化反应过程遵循Mars-van Krevelen(Mv K)机理,同时,MOF-CMO/400催化剂比Co MnO催化剂具有更多易释放的晶格氧和活性氧物种,更有利于甲苯进一步深度氧化生成CO。

关键词：挥发性有机物甲苯催化氧化 MOFs 锰钴尖晶石氧化物镍钴氧化物

多元掺杂三维多孔镍基全固态超级电容器的研究

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有色金属（冶炼部分） 2019年第5期 66-69页

作者：杨坤屈志鸿昆明有色冶金设计研究院股份公司昆明650051 四川省冶金设计研究院成都610041

在60℃的离子液体中对NiCo_xO_y/NF三元电极材料进行研究,通过电沉积得到NiCo_xO_y/NF纳米片阵列电极材料,材料表面的元素Ni和Co都是以金属氧化物形式存在且均匀分布。比电容值最高可以达到1 626.7mF/cm^2,且保持率在90.2%。

关键词：离子液体超级电容器 NiCoxOy/NF 电沉积镍钴氧化物

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电沉积制备镍钴电极材料的研究进展

电池 2021年第3期51卷 305-309页

作者：张勇杨净闫新华高海丽郑州轻工业大学材料与化学工程学院河南郑州450002 河南超威电源有限公司河南焦作454550

综述电沉积法制备镍钴电极材料的研究现状,主要包括电沉积法制备镍钴氢氧化物和镍钴氧化物。阐明与单一的镍或钴氢氧化物相比,镍钴氢氧化物材料具有更高的比电容,使用金属与碳材料进行改性,可以增强循环稳定性。介绍使用电沉积法制备镍... 详细信息

综述电沉积法制备镍钴电极材料的研究现状,主要包括电沉积法制备镍钴氢氧化物和镍钴氧化物。阐明与单一的镍或钴氢氧化物相比,镍钴氢氧化物材料具有更高的比电容,使用金属与碳材料进行改性,可以增强循环稳定性。介绍使用电沉积法制备镍钴氧化物的基本步骤(前驱体的制备和热处理),重点阐述用不同的电沉积方法制备前驱体,比较各种方法的优缺点;对热处理的相关研究进行总结。指出镍钴电极材料的研究向多元复合方向发展。

关键词：电沉积电极材料超级电容器镍钴氢氧化物镍钴氧化物

碱性水电解活性阳极材料的制备与电化学性能的研究

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碱性水电解活性阳极材料的制备与电化学性能的研究

作者：刘金峰湖南大学

学位级别：硕士

在碱性水电解制氢工业中,水电解过程中较高的析氧过电位是造成高能耗的一个主要原因,因此如何降低析氧过电位就成为水电解制氢领域研究的热点问题之一。目前解决析氧过电位过高的方法主要有以下三种:(1)提高水电解温度;(2)增加电化学活... 详细信息

在碱性水电解制氢工业中,水电解过程中较高的析氧过电位是造成高能耗的一个主要原因,因此如何降低析氧过电位就成为水电解制氢领域研究的热点问题之一。目前解决析氧过电位过高的方法主要有以下三种:(1)提高水电解温度;(2)增加电化学活性表面积;(3)采用新型阳极活性材料。水电解温度过高容易造成电极材料和制氢设备的腐蚀,电极材料活性表面积的增加也是非常有限,因此选择高催化活性的电极材料就成为解决析氧过电位过高的最佳途径。本论文就新型高催化活性电极材料的制备与应用展开了研究,论文主要研究结果如下:1.以泡沫镍为基体材料,将其浸入0.375M镍钴硝酸盐溶液中(镍钴离子比为1/2),反复浸涂并于300℃～350℃之间热处理7次,制备出在碱性水溶液中具有高析氧活性的镍钴复合氧化物膜电极。同样,将泡沫镍基体材料浸入0.25M镍镧硝酸盐溶液中(镍镧离子比为1/1),反复浸涂并于550℃～600℃之间热处理8次,制备出在碱性水溶液中具有高析氧活性的镍镧复合氧化物膜电极,并深入研究了这两种复合氧化物膜电极材料的制备工艺和电化学性能。XRD分析表明在300℃～350℃热处理得到的镍钴复合氧化物膜为尖晶石结构的NiCo2O4,而在550℃～600℃热处理得到的镍镧复合氧化物膜则为具有钙钛矿型结构的LaNiO3。两种氧化物膜电极在25℃、30% KOH溶液中电流密度为5000A/m2时的析氧过电位比泡沫镍电极分别低约130mV和200mV。在小型工业水电解装置中,制备的泡沫镍/LaNiO3电极材料在85℃、30% KOH溶液中,电流密度为5000A/m2时电解槽槽压比泡沫镍低约250mV,节省电能10%以上。2.采用沉淀-沉淀转换-热处理的方法制备了镍钴复合氧化物NiCo2O4粉末,zeta粒径分析仪及扫描电镜(SEM)分析表明,该粉末的平均粒径约为28.3nm,粒径范围为20～100nm,并详细的研究了转换温度、沉淀转换剂及浓度、阻聚剂和热处理温度等实验参数对NiCo2O4纳米粉末粒径和结构的影响,并得出最优化工艺条件。最优化的工艺条件为:反应物总浓度为0.75M,沉淀转换温度为70℃,用吐温-80作阻聚剂(1.0ml/L),沉淀转换剂NaOH浓度为0.05～0.1M,热处理温度为260℃～300℃。3.采用电化学沉积方法制备出Ni/NiCo2O4粉末复合镀层电极,研究了阴极电流密度Dk、NiCo2O4微粒在镀液中的分散量和表面活性剂等因素对NiCo2O4粉末微粒共析量的影响。阳极极化曲线研究表明Ni/NiCo2O4粉末复合镀层电极的催化活性明显优于Ni,并且电极的析氧催化活性随镀层中NiCo2O4微粒含量的增加而提高,在25℃、30% KOH溶液中,电流密度为5000A/m2时析氧过电位比Ni降低了约190mV。

关键词：电解水析氧过电位电催化镍钴氧化物热分解复合镀

碳材料/过渡金属化合物复合材料的构建及其电化学性能研究

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碳材料/过渡金属化合物复合材料的构建及其电化学性能研究

作者：叶梦寒重庆大学

学位级别：硕士

超级电容器(Supercapacitor)作为一种电能存储设备,由于它功率密度高,充电/放电率快,循环寿命长和环境友好等优点被广泛关注。超级电容器的电化学性能的好坏取决于电极材料,电极材料主要包括碳材料、金属氧化物、过渡金属氧化物/氢氧化... 详细信息

超级电容器(Supercapacitor)作为一种电能存储设备,由于它功率密度高,充电/放电率快,循环寿命长和环境友好等优点被广泛关注。超级电容器的电化学性能的好坏取决于电极材料,电极材料主要包括碳材料、金属氧化物、过渡金属氧化物/氢氧化物和导电聚合物。在电极材料中,镍钴氧化物(NiCoO)因其合成简单、资源丰富、环境友好,理论比电容大等优点受到研究者的关注。但是镍钴氧化物的稳定性及导电性能较差,因此把过渡金属氧化物和碳材料相结合提高其性能成为当前研究的热点。此外,合适的基底也起着至关重要的作用,如镍泡沫,由于高孔隙度、大的比表面积和独特的三维网络结构,已被广泛应用于电极材料中。本文采用简单的一步水热和煅烧过程,在泡沫镍(NF)上合成均匀的碳/镍钴氧化物(C/NiCoO)介孔纳米针阵列复合材料。采用X-射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)、比表面积和孔隙度分析仪(BET)对泡沫镍/镍钴氧化物(NF/NiCoO)及泡沫镍/碳/镍钴氧化物(NF/C/NiCoO)纳米复合材料的结构组成和形貌进行了表征。经循环伏安测试(CV)和恒流充放电测试(GCD),考查了NF/NiCoO及NF/C/NiCoO在碱性电解液中的电化学表现。研究结果如下:(1)负载在NF上的NiCoO和C/NiCoO结构均为纳米针阵列,但是C/NiCoO的结构更加均匀,纳米针的直径也更小一些。除此之外,元素分布图表明了Ni,Co,O和C元素均匀地分布在复合材料中;(2)BET测试表明,C/NiCoO纳米针阵列具有介孔结构,而NiCoO纳米针阵列具有介孔和微孔结构;(3)当电流密度为2 mA cm时,NF/C/NiCoO复合材料的面积比电容达到4.974 F cm;电流密度为10 mA cm时,其面积比电容仍为2.928 F cm,在20 mA cm时循环2000圈后,其比电容的保留率仍有81%。作为对比,2 mA cm时NF/NiCoO的比电容为2.355 F cm;10 mA cm时比电容为1.808 F cm;20 mA cm时循环2000圈后,其比电容保留率为70%;(4)电化学测试表明,C和NiCoO具有协同作用,合成的复合材料有更高的比电容,更好的循环稳定性。为了更进一步研究碳材料和过渡金属化合物之间的相互作用,本文通过水浴和一步水热的方法合成了泡沫镍/还原氧化石墨烯/镍锰双氢氧化物(NF/RGO/Ni-Mn LDH)复合材料。其中,氧化石墨烯直接被泡沫镍还原合成泡沫镍/还原氧化石墨烯(NF/RGO)。采用XRD、XPS、SEM对NF/RGO/Ni-Mn LDH纳米复合材料的结构组成和形貌进行了表征。通过CV、GCD考察了泡沫镍/镍锰双氢氧化物(NF/Ni-Mn LDH)材料和NF/RGO/Ni-Mn LDH纳米复合材料在碱性电解液中的电化学性能。研究结果如下:(1)SEM表征结果显示,镍锰双氢氧化物(Ni-Mn LDH)在NF/RGO表面呈现出纳米片结构;(2)在电流密度为1 A g时,NF/RGO/Ni-Mn LDH的比电容为2250 F g,且在电流密度升到10 A g时,其比电容为1440 F g。表明NF/RGO/Ni-Mn LDH相对于Ni-Mn LDH/NF(1 A g时,1068 F g;10 A g时,440 F g)具有更高的倍率性能;(3)电化学测试表明,RGO和Ni-Mn LDH具有协同作用,复合材料有更高的比电容,更好的导电性和循环稳定性。

关键词：超级电容器电极材料碳材料镍钴氧化物镍锰双氢氧化物

微波水热法合成镍钴基电极材料及其电化学性能研究

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微波水热法合成镍钴基电极材料及其电化学性能研究

作者：陈超娴深圳大学

学位级别：硕士

超级电容器最大的优势是功率密度大,而能量密度不高。目前,提高超级电容器能量密度的方法主要有以下两种:开发具有高比电容的赝电容电极材料,以及组装非对称超级电容器,利用不同类型的电极材料之间的电势差,拓宽超级电容器的工作电压,... 详细信息

超级电容器最大的优势是功率密度大,而能量密度不高。目前,提高超级电容器能量密度的方法主要有以下两种:开发具有高比电容的赝电容电极材料,以及组装非对称超级电容器,利用不同类型的电极材料之间的电势差,拓宽超级电容器的工作电压,从而提高其能量密度。水热法是实验室规模最常用的制备电极材料的方法。但传统的水热法通常是耗时的,它需要几个小时到几天才能完成,这极大地限制了其工业应用。与常规加热方式相比,微波加热方式是通过内部偶极子的高频往复运动使物料内外部同时升温,加热速度快且均匀,降低了能耗,极大地缩短了处理时间。镍钴基化合物主要的问题是电解质离子扩散慢而引起其倍率性能低以及循环稳定性差。本文采用微波水热法制备了Ni CoO和Ni CoS两种镍钴基电极材料,并从调控材料的形貌和结构,优化集流体和活性材料界面这两方面进行实验设计,以克服镍钴基金属化合物的缺点,制备出具有更好电化学性能的电极材料。本论文主要研究内容和结论如下:采用微波水热法150°C下反应4 min,制备出Ni-Co前驱体,再结合退火处理合成Ni CoO(NCO),并改变煅烧温度制备了一系列NCO电极材料,探究煅烧温度对其结构和性能的影响。研究表明,通过简单的改变煅烧温度可以调控材料的表面缺陷和孔隙大小,制备出多孔的纳米线阵列结构。这种结构能增加材料电化学活性位点,提高电解质离子的传输速度。同时,使材料有丰富的空间来缓冲循环测试中的体积变化,提高循环稳定性。在煅烧温度为350°C获得的NCO具有较高的电容性能,在1 A g下,其比电容为648.69 F g,倍率性能有66.80%(1～20 A g)。在10 A g电流密度下,经10000次的GCD循环后,其比电容仍能保持80.00%,具有出色的循环稳定性。采用一步微波水热法合成了NiCoS(NCS),通过改变硫源和碱源得到一系列NCS电极材料,探究了两者对其形貌和性能的影响。研究表明,硫源和碱源对产物的形貌有很明显的影响。其中以TAA为硫源,尿素作碱源时,形成的是3D花状结构(NCS-4)。该结构是由破碎的正六边形纳米片结构单元组合成的复杂结构,既能发挥纳米结构的特性,又能避免团聚而暴露出更多的活性位点,使其具有相对较好的性能。在1 A g下,NCS-4比电容为1279.22 F g,并具有优异的倍率性能(20 A g时,电容保持率为70.20%)。在10 A g电流密度下,经4000次的循环后,其比电容保持了82.05%。为了进一步研究其实用性,将其组装成NCS-4//AC非对称超级电容器。该ASC的电位窗口高达1.65 V,且在功率密度为1.69 k W kg时其能量密度为50.13 Wh kg。在5 A g下进行5000次的GCD循环之后,NCS-4//AC的比电容保持率为83.10%,说明以TAA为硫源,尿素为碱源制备的NCS具有一定的应用潜能。为了提升NCS-4的电化学性能,在此基础上,获得在泡沫镍(NF)上原位生长的NCS-4/NF。研究表明,其由纳米薄片组成,且这些薄片间形成了大量的微孔,呈现三维互通的网络结构,有利于离子和电子的快速传输,使其具有优异的电容性能。在1 A g下,其比电容高达1506.94 F g(比NCS-4高227.72 F g)。在电流密度为10 A g下,循环充放电4000次后,其比电容保持率为94.74%,比NCS-4有很大提升,表明通过原位制备可以提高NCS-4的电容量和循环稳定性,这有利于进一步提高ASC的性能。

关键词：超级电容器能量密度微波水热法镍钴氧化物镍钴硫化物

镍基双金属氧化物/石墨纳米片制备及电容性能研究

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镍基双金属氧化物/石墨纳米片制备及电容性能研究

作者：陈思贤哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

镍基双金属氧化物是一种理想的超级电容器电极材料,具有理论比容量高、价格低廉等优良特性,但是较差的循环稳定性限制了它的应用。石墨纳米片(GNF)是由少层(约10层)石墨烯堆叠而成的碳材料,与石墨烯性能相似但生产成本低,近年来被工业... 详细信息

镍基双金属氧化物是一种理想的超级电容器电极材料,具有理论比容量高、价格低廉等优良特性,但是较差的循环稳定性限制了它的应用。石墨纳米片(GNF)是由少层(约10层)石墨烯堆叠而成的碳材料,与石墨烯性能相似但生产成本低,近年来被工业上广泛应用。本论文设计合成了镍基双金属氧化物/石墨纳米片复合材料,它不但具有比容量高、循环稳定性好等电化学性质,并且合成方法简单,可实现工业上石墨纳米片的功能化。具体内容如下:(1)本论文利用水热-煅烧的方法获得了均匀分散的针状镍钴氧化物/石墨纳米片复合材料(Co1.29Ni1.71O4/GNF)。首先,在水热条件下利用尿素作为沉淀剂将镍盐以及钴盐沉积在石墨纳米片表面得到镍钴氢氧化物/石墨纳米片复合材料,再将其进行高温煅烧,获得最终产物。三电极体系测试结果表明,当电流密度为1 A g-1时,材料的比容量为1332 F g-1;经过3500次后充放电循环以后,材料的容量保持率为80%,表现出良好的循环稳定性。两电极测试结果表明在电流密度为1 A g-1时,超级电容器的比容量为94.3 F g-1;当功率密度为1600 W kg-1,能量密度为 26.8 Wh kg-1。(2)针对复合材料制备工艺复杂的问题,我们开发了一种简单的一步水热法,制备了比表面积较高且电化学性能优异的镍锰氧化物/石墨纳米片(MnNi2O4/GNF)复合材料。该方法以镍盐、锰盐、高锰酸钾以及石墨纳米片作为原料,镍、锰金属以氧化物的形式均匀分散在石墨纳米片的表面。三电极体系测试结果表明,电流密度为1 A g-1时,材料的比容量为1644 F g-1;经过3000次充放电循环以后,材料的容量保持率为93%。以复合材料作为正极,还原氧化石墨烯作为负极进行两电极体系测试,测试结果表明当电流密度为1 A g-1时,非对称超级电容器比容量为64 F g-1;当功率密度为800 W kg-1时,能量密度为25.1 Wh kg-1。最后,我们对镍锰氧化物/石墨纳米片复合材料进行经济核算,分析结果表明该复合材料的制备工艺成本较低,充分发挥了镍基金属氧化物和石墨纳米片的价格优势,同时具备良好的电化学性能,是一种具有良好的应用前景和市场价值的超级电容器电极材料。

关键词：超级电容器石墨纳米片镍钴氧化物镍锰氧化物