检索结果-南通市图书馆

作者：安露露太原理工大学

学位级别：硕士

随着传统化石燃料的消耗和环境污染的加剧,先进的储能技术越来越重要。在现阶段主要研究的新型储能器件中,超级电容器因具有高的比电容、快速充放电、优异的循环稳定性等优势迅速走入了人们的视野。根据储能机理,可以将超级电容器可以... 详细信息

随着传统化石燃料的消耗和环境污染的加剧,先进的储能技术越来越重要。在现阶段主要研究的新型储能器件中,超级电容器因具有高的比电容、快速充放电、优异的循环稳定性等优势迅速走入了人们的视野。根据储能机理,可以将超级电容器可以分为双电层电容器、赝电容器和混合超级电容器三类。双电层电容器的电极材料通常采用导电性好,比表面积较大的碳材料,具有良好的循环稳定性,但是比电容较小。赝电容器电极材料主要为过渡金属氧化物/氢氧化物、高分子导电聚合物,拥有较大的比电容,然而其循环寿命较短。混合电容器通常由碳材料电极与赝电容电极组成。电极材料是影响超级电容器电化学性能的关键因素。基于镍基和钴基电极材料高的理论比容量,本论文采用简单的化学方法制备了镍钴硫化物和镍钴氢氧化物电极材料。本文的主要研究内容如下:(1)采用简单的两步水热法,通过调控硫化钠的添加量制备了中空纳米管状的镍钴硫化物。经SEM、TEM表征分析,纳米管表面粗糙且分布均匀,其内、外径分别约为140、160 nm。利用三电极体系进行电化学性能测试,结果发现纳米管状的镍钴硫化物电极在电流密度为0.5 A g时,比电容可以达到1063.7 F g。(2)以中空纳米管状的镍钴硫化物为正极材料,活性炭为负极材料组装非对称式超级电容器(记作NCS//AC)。NCS//AC元件在电流密度为0.5 A g时比电容可以达到64 F g;经过10000次恒电流充放电循环后,其电容保持率为84.3%。NCS//AC器件在功率密度为426.4 W kg时,能量密度能达到25.7 Wh kg,且两个串联的充满电的NCS//AC非对称式电容器可以持续点亮一个红色的LED灯60 min。(3)采用化学共沉淀法成功制备了片状镍钴氢氧化物。探讨了制备过程中的水浴温度,溶液p H值以及氯化镍与氯化钴的摩尔比对样品电化学性能的影响。通过三电极测试发现,水浴温度为50°C及溶液p H=7.5时样品的比电容最高。在此基础上考察了不同镍钴摩尔比对样品的影响。结果发现镍钴比为4:1及1:0的样品具有相互交联的片状结构且比表面积较大。当镍钴摩尔比为4:1的电极材料具有最高的比电容,在0.5 A g的电流密度下比电容高达1852 F g。(4)以镍钴摩尔比为4:1的镍钴氢氧化物为正极,活性炭为负极组装非对称式超级电容器(Ni Co-LDH//AC)。Ni Co-LDH//AC元件在0.5 A g的电流密度下比电容高达146.1 F g;当电流密度增大10倍后比电容仍保持51.8%。Ni Co-LDH//AC超级电容器在346W kg的功率密度下,能量密度高达52 Wh kg。

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同方学位论文库评论

掺氮空心碳球基复合材料的制备及其电化学性能研究

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作者：陈瑶湖南科技大学

学位级别：硕士

超级电容器是一种具有高功率密度、良好安全性能以及长循环使用寿命的储能装置,也正是因其优异的性能特点吸引了众多研究工作者的目光。目前对此装置研究的主要挑战是如何使开发的超级电容器,在保持其高功率密度和长循环使用寿命特点的... 详细信息

超级电容器是一种具有高功率密度、良好安全性能以及长循环使用寿命的储能装置,也正是因其优异的性能特点吸引了众多研究工作者的目光。目前对此装置研究的主要挑战是如何使开发的超级电容器,在保持其高功率密度和长循环使用寿命特点的同时具有与当前可充电电池相接近的能量密度,因此,大量的研究都在致力于从最大化比电容值和增大电压两个方面来提升超级电容器的性能。本论文以掺氮空心碳球材料为基础物质,通过与聚苯胺、二氧化锰或镍钴硫化物结合制备二元或三元复合材料,并在酸性或碱性溶液中研究其电容性能,以期获得高比电容值的超级电容器电极材料。主要内容如下:(1)根据St?ber方法制备Si O球,并以此为硬模板,利用作为碳源、氮源的盐酸多巴胺自聚合,在Si O上包覆聚多巴胺层,然后经过高温碳化、HF蚀刻等步骤合成掺氮空心碳球(NHCS),最后通过化学氧化聚合法在掺氮空心碳球上沉积一层聚苯胺(PANI),形成了双壳结构的NHCS/PANI二元复合材料。通过扫描电镜、透射电镜和X-射线衍射等测试手段对材料进行了表征和组成分析。结果表明,所制备的掺氮空心碳球壳层极薄厚度仅10 nm,尺寸均匀直径约270 nm。最终材料壳层厚度增加至20 nm,聚苯胺成功沉积。将NHCS和NHCS/PANI材料制备成电极进行性能测试,循环伏安测试和恒流充放电测试显示,虽然NHCS/PANI二元复合材料在不同电流密度下均表现出高于NHCS的比电容值,但是比电容值并未有明显增加,二者比电容在0.5 A·g电流密度时分别仅为93 F·g和50 F·g。电化学阻抗测试说明PANI的加入使得材料具有更好的导电性。(2)利用上述制备的掺氮空心碳球分别与不同浓度高锰酸钾溶液进行水热反应,得到NHCS上负载Mn O颗粒的NHCS/Mn O-30、NHCS/Mn O-35、NHCS/Mn O-40材料,然后分别在这三种材料上沉积聚苯胺层得到NHCS/Mn O/PANI-30、NHCS/Mn O/PANI-35、NHCS/Mn O/PANI-40三元复合材料。通过表征发现NHCS/Mn O-40中的NHCS几乎全部破损,NHCS/Mn O-30中NHCS保存最为完整,但球体上沉积的Mn O颗粒较少,仅NHCS/Mn O-35在保持着良好的球形结构的同时负载了较多Mn O颗粒。Mn O颗粒的存在增强了NHCS的机械强度,使得在沉积聚苯胺之后的三种材料中NHCS/Mn O/PANI-35的结构较NHCS/Mn O/PANI-30完整。测试结果表明在所制备的材料中NHCS/Mn O/PANI具有最高的比电容值,在0.5 A·g时达到484 F·g,与NHCS/Mn O-35和NHCS/PANI相比较,电容明显增大。表明三元材料各组分间存在良好的协同作用。(3)在水热合成法过程中加入已有的掺氮空心碳球制备了NHCS/NiCoS-1复合材料,材料中生成的镍钴硫化物晶体与纯NiCo S一样堆积生长、团聚严重,而掺氮空心碳球则分散于团聚体表面和缝隙间。在0.5 A·g电流密度下,NHCS/NiCoS-1比电容值为1067 F·g,与纯NiCo S的1020 F·g相差不大。同时,利用在溶液中Si O成球速度和盐酸多巴胺自聚合速度的差异,一步制备掺氮空心碳球前驱体PDA@Si O,然后经高温碳化和蚀刻过程制备NHCS-2,采用水热合成法在NHCS-2表面生长镍钴硫化物。表征结果显示,所制备的NHCS-2具有700 nm左右的直径,壳层厚度为30 nm,几乎所有球体表面都有介孔或不大于120 nm的大孔存在,这些孔的存在为离子进入NHCS-2内部提供了通道,使NiCo S在NHCS-2的内外表面均有生长。NHCS-2的存在明显减弱了NiCo S的团聚现象,NiCo S呈现单个立方体晶体分散生长的特点。对所制备材料进行电化学性能测试,恒流充放电结果显示NHCS/NiCoS-2在0.5 A·g电流密度下,比电容高达1468 F·g,明显高于纯NiCo S。并且在1000圈循环后,NHCS/NiCoS-2仍能保持87.4%的初始比电容值,表现出良好的循环稳定性。

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构树衍生NCDs调控的NiCoS复合材料的制备及电化学性能与应用研究

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作者：张焱四川农业大学

学位级别：硕士

超级电容器的发展为柔性可穿戴设备提供了基础,如血糖、汗液和p H监测仪等。对于这些器件来说,电极材料非常重要,但目前电极材料单一应用的研究还不足以满足多功能化的需求。虽然镍钴硫化物(Ni Co S)被认为是具有良好赝电容性能和催化... 详细信息

超级电容器的发展为柔性可穿戴设备提供了基础,如血糖、汗液和p H监测仪等。对于这些器件来说,电极材料非常重要,但目前电极材料单一应用的研究还不足以满足多功能化的需求。虽然镍钴硫化物(Ni Co S)被认为是具有良好赝电容性能和催化葡萄糖氧化能力的双功能材料,但其较低的导电性和较差的循环稳定性限制了其在超级电容器和非酶葡萄糖传感中的应用。构树可再生、成本低且杂原子含量丰富,是制备生物质衍生的氮掺杂碳量子点(NCDs)和多孔碳的理想原料。本研究利用构树衍生的NCDs来调整Ni Co S的结构和电化学活性,对基于所制备的NCDs/Ni Co S复合材料构建的混合超级电容器(HSC)性能和电化学非酶葡萄糖传感器性能作了进一步研究。为多功能新型纳米复合材料的设计提供了新途径,提升了生物质材料在能量储存与电化学传感中的应用价值。主要研究结果如下:(1)以构树为原料制备了NCDs,并以NCDs、四水合乙酸镍和四水合乙酸钴为原料,通过水浴制备了NCDs掺杂的镍钴氢氧化物乙酸盐前驱体。再用硫代乙酰胺通过水热硫代成功制备了NCDs掺杂的硫化镍钴活性纳米复合材料(NCDs/Ni Co S)。研究了最佳的Ni-Co比例和NCDs掺杂量,共制备了12种不同的NCDs/Ni Co S复合材料。通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等表征技术证明了NCDs均匀地掺入到Ni Co S中。筛选到NCDs/NiCoS-50复合材料具有最佳的比电容和倍率性能,其电容行为由表面电容效应和扩散控制两者协调控制。在电化学阻抗(EIS)测试中,NCDs/NiCoS-50具有最低的电荷转移电阻(Rct=0.08Ω)。在恒电流充放电(GCD)测试中,NCDs/NiCoS-50在1 A/g电流密度下具有764.1 C/g的比容量,在20 A/g的高电流密度下具有71.7%的容量保持率,在4500次充放电循环后仍保有初始容量的84.6%。(2)以NCDs/NiCoS-50为正极材料,本研究制备的构树衍生的氮磷共掺杂多孔碳(NPBC)为负极材料,组装了混合超级电容器。所制备的HSC器件工作电压达到1.6 V,在695.6 W/kg的功率密度下具有36.5 Wh/kg能量密度。在10000次充放电循环后,HSC器件的容量仅损失了3.5%,每个循环均有96%以上的库仑效率,且循环测试后其Rct值仅增长了0.72Ω。NCDs/NiCoS-50和NPBC的相互结合扩大了HSC器件的工作电压,提升了HSC器件的稳定性。此外,HSC器件在对绿色LED供电实验中展现出良好的实际应用能力。(3)构建了一种基于NCDs/NiCoS-50修饰的传感器用于电化学非酶葡萄糖检测的准确、灵敏和快速的新方法。所制备的传感器在葡萄糖检测中表现出小于1 s的快速响应能力,在10～5000μmol/L的葡萄糖浓度范围内,检测出的电流强度与葡萄糖浓度线性相关,线性回归方程为I(28)68.31(10)0.5053?C (r(28)0.9968),检测下限为0.38μmol/L。此外,所制备的传感器具有良好的稳定性、重复性和重现性,以及对多巴胺、抗坏血酸和尿酸等干扰物的抗干扰能力,选择性高。在实际样品的检测中,回收率在94.90～106.04%之间,表现出良好的应用潜力。所制备的非酶葡萄糖电化学传感器可用于实际样品中葡萄糖浓度的测定。

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金属碳化物/硫化物与碳纳米纤维的复合及电化学性能研究

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作者：陶本富贵州大学

学位级别：硕士

为了满足日益增长的储能需求,世界各国研究人员对各种储能系统的研究不遗余力。作为一种新型的储能器件,超级电容器拥有较好的安全性、出色的循环稳定性以及更高的功率密度等优点,在较多储能应用上表现出独特的优势。由于电极材料存在... 详细信息

为了满足日益增长的储能需求,世界各国研究人员对各种储能系统的研究不遗余力。作为一种新型的储能器件,超级电容器拥有较好的安全性、出色的循环稳定性以及更高的功率密度等优点,在较多储能应用上表现出独特的优势。由于电极材料存在不同的储能机理,选择合适的正负极材料组装出的超级电容器可以实现优异的电化学性能。基于这种思路,本论文主要研究两种不同储能类型的电极材料并且组装成混合超级电容器,具体内容如下:(1)碳纳米纤维封装碳化铁纳米颗粒负极材料的设计合成。利用静电纺丝技术将乙酰丙酮铁和聚丙烯腈的混合液电纺成含铁纤维薄膜,在空气中固化和氮气中碳化后得到含有碳化铁纳米颗粒的碳纳米纤维。探究不同碳化温度(500℃、650℃以及800℃)对最终产物微观形貌、晶体结构、电化学性能的影响。电化学测试结果表明,650℃碳化得到的电极材料具有最佳的电化学性能,能够在1 A g的电流密度下负载209 F g的比电容,而且在10 A g的高电流密度下,经过5000次的循环后容量保持率为92.5%。相比之下,500℃和800℃碳化所得的电极材料,在1 A g的电流密度下比电容只有141.89 F g和123.7 F g。(2)镍钴硫化物颗粒包覆碳纳米纤维复合材料的构筑。首先将静电纺丝制备的碳纳米纤维薄膜直接作为骨架,通过水热法在其表面原位生长镍钴硫化合物,然后再进行固化和碳化,得到镍钴硫化物/碳纳米纤维复合材料。为获得稳定的电极材料,探究了不同碳化温度(550℃、650℃和750℃)对该复合材料微观形貌、晶体结构、电化学性能的影响。测试结果表明,650℃碳化所得的复合材料在1 A g的电流密度下,比电容高达1551 F g,而550℃和750℃碳化的产物容量只有1211 F g和935 F g。而且在不同电流密度下,650℃碳化得到的复合材料比电容均是最高的。在该复合材料中,Ni Co S纳米颗粒均匀地分布在碳纳米纤维表面,而且经过碳化后所得的纳米纤维呈现空心结构。这种特殊结构在电化学反应中,不仅可以增加电解质离子吸附的活性位点,还能缩短和丰富电解质离子的扩散路径。最终,为了探究所合成的电极材料的使用前景,我们将碳化铁/碳纳米纤维复合材料作为负极,碳纳米纤维/镍钴硫化物复合材料作为正极,组装成了混合超级电容器。该超级电容器在功率密度为800 W kg时负载了高达43.2 Wh kg的能量密度,而且在8000 W kg的高功率密度下仍然保持20.67 Wh kg的能量密度。因此,本论文通过有效可行的合成策略设计并制备了基于碳纳米纤维的正负极材料,由它们构建的混合超级电容器具有超高的电化学性能,在实际应用中显示出广阔的应用前景。

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有序介孔碳基复合电极的设计及非对称电容器性能研究

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作者：陈禹翔重庆大学

学位级别：硕士

随着绿色可持续清洁能源的兴起,开发出一种简单方便高效的能量储存与转换装置变得尤为重要。目前主要的储能器件是电池和超级电容器。后者拥有比前者更大的工作温度范围、更长的循环使用寿命、更好的环境友好性和更大的功率密度。限制... 详细信息

随着绿色可持续清洁能源的兴起,开发出一种简单方便高效的能量储存与转换装置变得尤为重要。目前主要的储能器件是电池和超级电容器。后者拥有比前者更大的工作温度范围、更长的循环使用寿命、更好的环境友好性和更大的功率密度。限制超级电容器产业化的最大短板是较低的能量密度。因此,本项研究以提高超级电容器的比容量和能量密度为目的。设计出结构独特的有序介孔碳材料,并与赝电容性能极佳的过渡族金属复合,利用二者不同的储能机理,开发出具有实际价值的超级电容器。(1)本项工作设计了一种新颖的有序多孔碳(SBA-C-K-N)并用于超级电容器电极。由于介孔通道和外部阳离子(K)框架的协同作用赋予SBA-C-K-N优良的电容特性,如电流强度为0.5Ag时比容量为134.4Fg,1000次充放电比容量保持97.3%。综合表征分析证实外部阳离子(K)框架能够增强比电容并减小阻抗。(2)通过一个简单的油浴法和水热硫化法制备NiCoS纳米片组装成的纳米花修饰有序介孔碳被多孔。NiCoAlLDH前驱体在硫化刻蚀过程中层板中的OH和层间的CO被S取代,Al元素难以形成稳定的硫化物,而发生柯肯达尔效应使Al元素溶解在溶液中,最终导致多孔形状产生。NiCoS@SBA-C展现出优良的电化学性能,比如:极好的比容量,在电流强度为1Ag的比电容是1757Fg;优越的倍率性能,在20Ag下还保持79.68%;良好的循环稳定性。分别用NiCoS@SBA-C和SBA-C为正负极而设计的非对称超级电容器在功率特征是800Wkg时传递出38.8Whkg的能量密度;当功率特征提升至12000Wkg时,能量特征是12Whkg;杰出的化学稳定性,在5Ag的电流强度下充放电5000次,比容量保持初始时的97.8%。(3)利用KMnO溶液与碳的自限制氧化还原反应,在有序介孔碳表面原位生成MnO纳米片,并通过一个简单的锰铁置换反应衍生出FeOOH纳米针。这类分级有序多孔结构能够与电解液充分接触,为氧化还原反应供应丰富的活性位点,加快了溶液离子的扩散以及电荷的转移。MnO@SBA-C和FeOOH@SBA-C电极均展示出良好的比电容性能,分别为219.7Fg和240.6Fg。以MnO@SBA-C作正极和FeOOH@SBA-C作负极的非对称电容器显示出了较高的实际价值,在500Wkg的电流密度下传递出39.4Whkg的比电容;当功率密度增大至8000Wkg时,输出功率密度为14.2Whkg。通过对有序介孔碳基材料的合理设计,探究金属阳离子框架对电化学性能的影响,以及负载高比容量的过渡族金属硫化物、原位制备MnO纳米片及衍生物FeOOH,充分的利用了碳材料的有序平行介孔通道,合理的增强了超级电容器性能,有效推动其产业化进程。

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多壳层电纺碳纤维基复合材料的可控制备及其电化学性能研究

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作者：王亚清江苏大学

学位级别：硕士

一维电纺碳纳米纤维(CNFs)具有比表面积高、电子可向单向高效传输、易于表面官能化等特点,成为超级电容器电极材料的热门选择。然而,一维CNFs的比容量低、导电性不足。本论文通过静电纺丝技术结合预氧化、碳化处理等手段,得到石墨烯包... 详细信息

一维电纺碳纳米纤维(CNFs)具有比表面积高、电子可向单向高效传输、易于表面官能化等特点,成为超级电容器电极材料的热门选择。然而,一维CNFs的比容量低、导电性不足。本论文通过静电纺丝技术结合预氧化、碳化处理等手段,得到石墨烯包覆的碳纳米纤维(GCNF);通过原位聚合法包覆聚苯胺(PANI),得到GCNF/PANI复合材料;通过水热处理分别包覆碱式碳酸镍(Ni(CO)(OH))、镍钴双金属层状氢氧化物(Ni Co-LDH)和镍钴双金属硫化物(Co NiS),最终得到多壳层电纺碳纤维基复合材料。通过材料活性组分、形貌及结构调控,改善其电化学性能。以多壳层电纺碳纤维基复合材料为正极,组装非对称型超级电容器,探究了材料的实际应用。具体内容如下:1.构筑多壳层GCNF/PANI/Ni(CO)(OH)复合电极材料,探究各组分对材料性能的影响。研究发现,Ni(CO)(OH)为复合材料提供容量贡献,PANI可同时提高容量和导电性,GCNF提供基材和复合材料骨架。复合材料结晶度低,表面的Ni(CO)(OH)为柔性薄片层包覆,且在1 A g时,材料比电容高达1565 F g;在20 A g时,电容保持率为46.4%。将其组装成非对称电容器发现,当功率密度为750W kg时,能量密度达到35.4 Wh kg。2.构筑多壳层GCNF/PANI/Ni Co-LDH复合材料,探究不同水热时间对电极材料电化学性能的影响。复合材料结晶度高,许多Ni Co-LDH纳米六方片整齐地聚集成团簇并均匀生长在GCNF/PANI表面,形成稳定的复合结构,且水热反应时间8 h时,材料的比电容、倍率性能最佳且优于GCNF/PANI/Ni(CO)(OH)复合材料。3.构筑多壳层GCNF/PANI/Co NiS复合电极材料,探究了前驱体溶液浓度对材料性能的影响。结果表明,浓度适中时,材料的比电容、倍率性能最佳且优于上述GCNF/PANI/Ni Co-LDH和GCNF/PANI/Ni(CO)(OH)复合材料。组装成非对称电容器发现,当功率密度为800 W kg时,能量密度高达57.28 Wh kg。相对于Ni(CO)(OH)和Ni Co-LDH基非对称电容器,其能量密度有极大的提升,且高于大部分Co NiS基的非对称型超级电容器。

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过渡金属镍钴基复合材料的制备及电催化性能研究

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作者：周学成江苏大学

学位级别：硕士

近年来,太阳能和风能等可持续能源的间歇性性质引发了人类对开发新能源的思考,日益严重的能源短缺危机和随之而来的环境污染问题推动了清洁能源的发展。氢能源相对于传统的化石能源,拥有着高的利用率和高能量密度。同时,氢能源因其零二... 详细信息

近年来,太阳能和风能等可持续能源的间歇性性质引发了人类对开发新能源的思考,日益严重的能源短缺危机和随之而来的环境污染问题推动了清洁能源的发展。氢能源相对于传统的化石能源,拥有着高的利用率和高能量密度。同时,氢能源因其零二氧化碳排放和高的环境相容性被公认为是传统化石能源的有效替代品。电催化分解水产氢是大规模生产氢能的一项关键技术。电催化分解水是由两类半化学反应所构成,也就是阳极的析氧反应(Oxygen Evolution Reaction,OER)和阴极的析氢反应(Hydrogen Evolution Reaction,HER)。不过因为两个半反应的动力学过程都比较滞后,过电位变化大,导致了电化学反应的效率非常低。另外,由于缺少高效且稳定的电催化分解水催化剂材料,限制了电解水制氢工艺的发展进程。为了解决这个棘手的问题,需要高效且稳定的电催化剂材料来降低反应能垒,提高电化学反应速率,从而提升催化剂的反应活性。目前Ru O/Ir O被普遍认为是性能最优异的商业化OER催化剂,而贵金属Pt基材料则是优异的HER催化剂。但是因为这些贵金属材料的生产成本较高且储量少,严重影响了其大规模应用。为此,非贵金属基电催化剂的开发被科学家广泛关注。本论文以镍钴基硫化物和镍钴基层状双氢氧化合物(Layered double hydroxides,LDHs)为基础,通过水热合成方法制备了镍钴基硫化物及其复合电极材料,并深入研究了该材料的电催化分解水的性能以及可能的反应机制。具体的研究内容包括:1.采用水热共沉淀法和硫化反应,通过控制溶液中镍的摩尔浓度,直接在碳布上生长了用于析氧反应的类似海星状尖晶石NiCoS(0≤x≤3)催化剂。所制备的NiCoS催化剂在碱性介质中,电流密度为10 m A/cm的条件下,对应的析氧过电位为215 m V,其性能相较于目前商业化的贵金属催化剂有了很大的提升。此外,与CoS、NiCoS和NiCoS催化剂相比,NiCoS催化剂不仅具有独特的海星状形貌,而且其表面具有最高的Co/Co比值,这也是该催化剂表现出优越OER活性的原因所在。得益于NiCoS催化剂的最优表面价态构型和形貌,可以优化水分子、析氧反应中间体的吸附和产物氧的脱附,从而显著提高电催化析氧反应活性。2.通过简单的水热法策略,在基底上构造出一种由NiCoS纳米线和Ni V-LDH纳米片(NiCoS@Ni V-LDH)组成的分层异质结构电极,该催化剂是一种高效的双功能电解水的催化剂,在碱性KOH介质中具有优异的活性和耐久性。NiCoS纳米线与Ni V-LDH纳米片之间的协同作用和异质结催化剂丰富的异质界面,以及丰富的表面活性位点,极大地增强了该复合材料的电催化分解水性能。在10 m A/cm电流密度时,NiCoS@Ni V-LDH的OER过电位为200 m V,而HER的过电位仅为190 m V,并且具有良好的Tafel斜率(68和44 m V/dec)。当NiCoS@Ni V-LDH用于双电极电解槽的阴极和阳极,在1.56 V的电压下,可达到10 m A/cm的标准电流密度,拥有良好的稳定性和持久性,由此可知其具有优越的电催化分解水性能。3.借助一步水热法,合成Ag颗粒掺杂NiCo-LDH纳米片(Ag-NiCo-LDH)的复合催化剂,并对该催化剂进行了电解水析氧反应的探究。研究表明,Ag-NiCo-LDH催化剂含有更多的Co,同时表面氧空位提供了更多的活性位点并提升了催化剂的导电性,使材料的电催化析氧活性得到了很大的提升。所制备的Ag-NiCo-LDH催化剂在碱性介质中,电流密度为10 m A/cm时的过电位为225 m V,Tafel斜率为67 m V/dec,拥有24 h的稳定性。这项工作为开发高性能、低成本的非贵金属析氧催化剂提供了一条有前途的制备路径。

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基于过渡金属化合物的柔性纤维状超级电容器的制备与表征

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作者：刘娜中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所)

学位级别：硕士

储量有限的传统化石能源随着人类社会活动的增加,而被过渡消耗,而且带来了严重的环境污染、温室效应等问题,这迫使人们必须尽快发展高效可持续的绿色新能源以及相应的储能器件。超级电容器是一种功率密度和循环寿命高于电池,而能量密度... 详细信息

储量有限的传统化石能源随着人类社会活动的增加,而被过渡消耗,而且带来了严重的环境污染、温室效应等问题,这迫使人们必须尽快发展高效可持续的绿色新能源以及相应的储能器件。超级电容器是一种功率密度和循环寿命高于电池,而能量密度高于传统电容器的新型储能器件。由于其稳定性好,工作温度范围宽,环境友好等特点,获得了国内外科研人员的广泛关注。尤其是近年来,随着集成电路等相关技术的进步,越来越多的便携可穿戴电子设备被应用到人们的日常生活中。相比于可穿戴电子设备的快速发展,与之相应的柔性、可穿戴储能器件的发展相对迟缓一些,因此如何改善提升当前的储能器件,如超级电容器的能量密度、穿戴性和体感舒适度,成为亟待解决的问题。纤维状超级电容器由于质量轻,体积小,柔韧性高,并且可以直接通过编织集成在可穿戴器件上,在多个维度上实现柔韧性,充分满足可穿戴柔性储能器件在实际应用中的需求而备受关注。但是当前纤维状超级电容器能量密度偏低,严重限制了实际应用和发展前景。如何制备出高能量密度和高功率密度特性兼备的纤维状超级电容器是该研究领域的主要技术难题。依据能量公式:=(1,高能量密度的柔性超级电容器的构建可通过制备先进的柔性纤维状电极,提升容量密度和制备非对称超级电容器,扩大工作电压窗口两个方面进行。基于此,本论文的研究工作主要有:(1)首先,通过简单有效的两步水热法,制备了硫钴镍/碳纳米管纤维(NiCoS@CNT)柔性复合电极并对其进行了电化学性能表征,NiCoS@CNT纤维电极能够在0.4 A cm的电流密度下实现2332 F cm的高体积比电容。然后,我们以NiCoS@CNT电极为正极,氮化钒/碳纳米管纤维(VN@CNT)为负电极,聚乙烯醇/氯化锂(PVA/LiCl)为凝胶电解质,组装了缠绕结构的NiCoS//VN固态柔性非对称纤维超级电容器。获得的超级电容器可以在0-1.6V的电压窗口下稳定工作,并实现86.2 F cm的高体积比电容量和30.64 mWh cm的高能量密度。此外,该超级电容器还具有良好的柔韧性,在各种弯曲角度下均能保持性能稳定。经过5000次弯曲循环后,容量依然可以保持原容量的91.94%。这些结果为开发先进的柔性可穿戴储能设备奠定了良好的实验基础。(2)通过简单、低成本的水热及低温磷化工艺,在碳纳米管纤维上原位生长镍钴磷化合物纳米线(NiCoP@CNT)。NiCoP@CNT纤维电极展现出良好的物理化学特性,如高的导电性,优异的氧化还原活性,大的比表面积等。因此,该电极的具有良好的电化学性能,包括体积比电容可达950 F cm,这一值高于其相对应的镍钴氧化物(NiCoO@CNT)纤维电极。另外,通过优化,有望进一步提升该电极的比容量,从而应用于高能量密度和高功率密度的非对称柔性纤维状超级电容器的构建。

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同方学位论文库评论

镍钴基电极材料的可控制备与电化学性能研究

引用

作者：汪修双重庆大学

学位级别：硕士

近几十年来,随着世界范围内能源危机和环境问题的挑战日益严峻,对高性能储能系统与器件的市场需求不断增长,超级电容器作为最有前途的清洁储能器件之一受到了广泛的关注。在各类储能系统中,超级电容器具有充放电速度快、使用寿命长、功... 详细信息

近几十年来,随着世界范围内能源危机和环境问题的挑战日益严峻,对高性能储能系统与器件的市场需求不断增长,超级电容器作为最有前途的清洁储能器件之一受到了广泛的关注。在各类储能系统中,超级电容器具有充放电速度快、使用寿命长、功率密度突出、绿色安全等优势,是新一代储能系统中具有实用潜力的高效储能器件。本研究中以构建高性能的镍钴基电极材料为目的,引入了廉价易得、天然多孔的硅藻土(DE)作为生长基底,设计出NiCo-LDH@DE、NiCo-OH@DE和NiCo S@DE三种独特结构的材料,开发出具有实用潜力的电极材料,并对其形貌、组分、晶体结构与电化学性能之间的联系进行了探讨。(1)本项工作设计了NiCo-LDH@DE复合材料,NiCo-LDH纳米片均匀生长排列在DE基底上,形成的相互连接成网络状结构缩短了电化学反应过程中的离子电子迁移路径。并且通过调节Ni/Co元素摩尔比例的来获得性能最优的NiCo-LDH@DE样品,发现随着Co含量占比的增加,NiCo-LDH@DE的晶体结构发生了变化,结晶性随之降低,层间距也在减小,当Ni/Co元素摩尔比为2:1时,得到的NiCo-LDH@DE性能是最优的,在1 A g比电容为163.25 F g,在15 A g比电容为120 F g,倍率性能较好。(2)为了探讨微观形貌对镍钴氢氧化物性能的影响,实验中又构建出纳米线结构的镍钴氢氧化物@DE(NiCo-OH@DE),实验结果证明纳米线形貌的镍钴氢氧化物具有更大的比表面积。随后又通过改变Ni/Co元素摩尔比例来探讨NiCo-OH@DE的晶相、组分和比表面积对电化学性能造成的影响。发现样品NiCo-OH@DE展现出最优的电化学性能,其最大比电容达到了769.2 F g(1 A g),在15 A g下倍率性能达到了82.9%。(3)通过对镍钴氢氧化物@DE进行硫化反应成功实现了晶相转变,得到了不同结构的NiCo S@DE,并发现纳米线形貌和单相结构的NiCoS@DE产物展现出最优的综合电化学性能,比电容达到918.3 F g(1 A g),并且在15 A g下经过2000次充放电后仍具有原始比电容的82.6%。NiCoS@DE//AG ASC的整体性能受限于负极材料AG,能量密度仍达到了24 Wh kg,功率密度为697 W kg。

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镍钴磷（硫）化物基自支撑电极的构建及超级电容器性能研究

引用

作者：刘婧倩西安理工大学

学位级别：硕士

作为一种先进储能装置,超级电容器因其快速充放电、长循环寿命、安全可靠等优点,受到了学术界的持续关注和研究。但相对于二次电池,能量密度偏低制约了超级电容器的实际应用。想要提高其能量密度,从电极材料及结构等角度入手,不失为一... 详细信息

作为一种先进储能装置,超级电容器因其快速充放电、长循环寿命、安全可靠等优点,受到了学术界的持续关注和研究。但相对于二次电池,能量密度偏低制约了超级电容器的实际应用。想要提高其能量密度,从电极材料及结构等角度入手,不失为一种切实可行的方法。镍钴磷(硫)化物因具有高电导率、高的电化学活性及丰富的氧化还原反应而受到众多研究者的青睐。但在实际应用中的关键问题是不理想的倍率性能和长循环寿命。基于此,本论文将双金属镍钴磷(硫)化物列为重点研究对象,通过原位生长策略构建强界面结合的高导电性内核及高电化学利用率的活性材料,使构建的分级结构自支撑电极兼顾了提高活性物质利用率及维持电极结构稳固的双重作用,实现了电极材料倍率能力和循环寿命的双提升。本论文系统探究了电极材料结构、性能及其构效关系,并探索了器件的实际应用。研究内容和结果如下:(1)以导电性泡沫镍为基底,通过原位氧化策略在其表面构筑多孔NiO纳米片阵列结构,并通过电沉积法在其表面生长高性能NiCoP,从而构建分级多孔结构NiCoP/NiO自支撑复合电极。独特的电极结构及NiO与NiCoP两组分之间的协同作用,使得复合电极电化学性质得到显著提升。具体而言,NiCoP/NiO在5 cm-2时的面积比电容为1860 mF cm-2,具有良好的倍率性能(电流密度达到30 mA cm-2,也能保持78%的面电容),并且经过10000次循环后初始电容保留率为89%。此外,组装的NiCoP/NiO//PAC不对称超级电容器在功率密度为1.6 mW cm-2时,能量密度可达到173.7 μWh cm-2。(2)以高导电性泡沫铜为基底,通过原位氧化还原策略结合电沉积法,可控制备了具有不同核结构的CuxO/Cu/NiCoS、CuO/NiCoS和Cu/NiCoS自支撑复合电极。通过调控核结构和活性材料面载量发现,CuxO/Cu/NiCoS-10C电化学性能最佳。具体而言,在5 mA cm-2的电流密度下实现了 3305 mF cm-2的高面积比电容,当电流密度增大12倍(60 mA cm-2)时,其倍率性能保持在68.3%左右,而且表现出杰出的循环稳定性(10000次循环后容量仅衰减5.8%)。同时,组装的不对称超级电容器CuxO/Cu/NiCoS-10C//PAC能量密度高达263.3 μWh cm-2,在50 mAcm-2的大电流密度下反复充放电10000次后保留近88.7%的初始电容,表现出优异的长循环特性。此外,两个器件串联后可驱动计时器或LED灯工作。

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