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复合材料学报 2022年第6期39卷 2724-2733页

作者：杜佳琪陈俊琳冀佳帅张利刘伟宋朝霞大连理工大学化工学院大连116024 大连民族大学生命科学学院大连116600

co类普鲁士蓝(coPBA)作为令人瞩目的超级电容器阳极材料拥有高比容量和优异的循环稳定性,但较差的电子导电性限制了其倍率性能。利用ZIF-67作为前驱体合成了co类普鲁士蓝/多壁碳纳米管(coPBA/MWCNT)复合材料,并使用XRD、SEM和TEM对材料... 详细信息

co类普鲁士蓝(coPBA)作为令人瞩目的超级电容器阳极材料拥有高比容量和优异的循环稳定性,但较差的电子导电性限制了其倍率性能。利用ZIF-67作为前驱体合成了co类普鲁士蓝/多壁碳纳米管(coPBA/MWCNT)复合材料,并使用XRD、SEM和TEM对材料的结构和形貌进行表征。在三电极体系中,测得coPBA/MWCNT电极在电流密度为1 A·g^(−1)时电容提高到312 F·g^(−1)。制备的coPBA/MWCNT电极有利于提高材料电导率和机械稳定性,从而获得更高的电化学性能。将coPBA/MWCNT正极和活性炭(AC)负极组装为非对称电池,测得5000圈循环后容量保留率为83.1%,循环稳定性优异。

关键词： co类普鲁士蓝超级电容器模板转化多壁碳纳米管非对称电池

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牺牲模板法合成co类普鲁士蓝的超电容性能

牺牲模板法合成Co类普鲁士蓝的超电容性能

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作者：杜佳琪大连理工大学

学位级别：硕士

随着社会对环境问题意识的提高,可持续、可靠、高效、有竞争力的能源变得越来越重要。超级电容器作为介电电容器和常规电池的中间过渡器件,因其具有可逆性好、充放电速度快、循环寿命长和高能量密度而广受重视。而合理设计和合成纳米结... 详细信息

随着社会对环境问题意识的提高,可持续、可靠、高效、有竞争力的能源变得越来越重要。超级电容器作为介电电容器和常规电池的中间过渡器件,因其具有可逆性好、充放电速度快、循环寿命长和高能量密度而广受重视。而合理设计和合成纳米结构的电极材料对于开发高性能超级电容器至关重要。本论文以具有独特结构和氧化还原性能的纳米co类普鲁士蓝(co PBA)及其复合材料为电极材料,对其进行了研究。采用牺牲模板法合成co类普鲁士蓝电极材料,并使用X-射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、拉曼衍射仪(Raman)等物理表征方式对制备材料的结构和形貌进行表征。此外,在0.5 M NaSO电解液中用循环伏安法(CV)、恒电流充放电法(GCD)以及交流阻抗法(EIS)对样品进行电化学性能测试。利用ZIF-67作为前驱体,采用牺牲模板法合成中空co类普鲁士蓝/多壁碳纳米管(co PBA/MWCNT)复合材料。TEM图表明MWCNT缠绕在co PBA纳米立方体表面,Raman检测出co PBA的C≡N带和MWCNT的G带。CV曲线表明共沉淀法合成出co PBA电极材料表现出一对氧化还原峰(Fe/Fe),而co PBA/MWCNT复合电极表现出两对氧化还原峰(Fe/Fe,co/co),co/co氧化还原峰的活化大大提高了材料比电容。电流密度为1 A·g时,比电容达353 F·g,比纯co PBA提高了34.3%。将电流密度提高到10 A·g时比电容仍达到315 F·g,并通过反应动力学计算得知co PBA/MWCNT电材料为赝电容材料。将co PBA/MWCNT作为正极和活性炭(AC)负极组装成的非对称超级电容器(co PBA/MWCNT||AC)可以在2.0 V的高电压窗口下正常工作,在193.6 W·kg的功率密度下可提供40.4 Wh·kg能量密度;在1 A·g的GCD下循环5000圈容量保留率为83.1%。此外,还采用牺牲模板法合成了金属离子掺杂的co PBA电极材料,其中Mn掺杂ZIF-67为前驱体制备的Mn-co PBA性能较好。SEM图显示,Mn-co PBA为表面粗糙的多面体。在0.5 M NaSO电解液中,Mn-co PBA电极在电流密度为1和5 A·g时的比电容分别为369和270 F·g,2000个循环后容量保持率为94%。

关键词： co类普鲁士蓝牺牲模板法超级电容器赝电容材料

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双金属复合材料的制备及其储钠性能研究

双金属复合材料的制备及其储钠性能研究

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作者：盛天都上海工程技术大学

学位级别：硕士

钠离子工作电池与锂离子工作电池具有十分相似的储能理论,因为钠资源储量非常丰富并且价格也十分便宜,钠离子电池被认为是一种应用发展前景辽阔的能源储存技术,最根本的挑战是找到适合用于高效存储的钠离子电极材料。虽然钠与锂具有相... 详细信息

钠离子工作电池与锂离子工作电池具有十分相似的储能理论,因为钠资源储量非常丰富并且价格也十分便宜,钠离子电池被认为是一种应用发展前景辽阔的能源储存技术,最根本的挑战是找到适合用于高效存储的钠离子电极材料。虽然钠与锂具有相似的理化性质,但是由于钠离子有效半径大于锂离子有效半径,大部分适合于锂离子工作电池的材料不能直接推广应用在钠离子电池。迄今为止,在现有负极材料中,既能用于锂离子电池,又能直接被用于钠离子电池的高容量负极材料包括简单金属、合金和过渡金属硒元素化合物。钴基金属氧化物和过渡金属硒元素化合物因其结构坚固、成本低、制备简单和理论能量高等特点引起了极大的关注。然而,钴基金属氧化物和过渡金属硒化物在充放电过程中体积变化明显,反应动力学缓慢,导致容量迅速下降。为了进一步改善其电化学性能,制备纳米级颗粒和金属掺杂是一种有效的手段。为此,本文通过模板法、自组装、水热、刻蚀等方法制备具有可以控制形貌的中空结构的纳米材料,要点概括具体如下:(1)以介孔二氧化硅纳米球作为反应模板,成功制备了分层N掺杂的还原氧化石墨烯空心杂化纳米球(Cu coO/N-r GO),该纳米球已首次被用作钠离子电池的负极材料。该Cu coO/N-r GO杂化纳米球具有多孔表面,其独特的中空结构不仅可以显著降低钠离子扩散过程中的能量消耗,而且可以提高电导率。在2 A g高电流密度下,经过50个循环后的比容量为345 m A h g。Cu coO/N-r GO材料具有较高的钠存储容量和出色的循环稳定性。(2)开发了利用静置老化、化学蚀刻和离子交换等策略合成Cu-co Se纳米立方体的方法。首先,co类普鲁士蓝类似物通过静置老化得到co-co PBA纳米立方体,利用氨水刻蚀获得co-co NFS纳米立方体,之后与Se离子进行阴离子交换反应,转变成分层的co Se纳米立方体;最后利用Cu离子的阳离子交换反应,在co Se纳米立方体中掺入Cu离子,得到Cu-co Se纳米立方体。电化学性能测试结果显示,在0.1 A g的电流密度下,经过循环100圈后的比容量为450 m A h g,其有效容量保持率为90.0%。上述研究表明,Cu-co Se纳米立方体空心框架结构和金属离子的掺杂可以改善co Se基电极的电化学性能,因而具有优异的钠存储性能。本论文中,笔者通过调控具有不同形貌结构的纳米负极材料,探究物质材料的形貌组成结构对电化学性能的影响,对于高性能钠离子工作电池负极材料的快速发展起到了一定的促进作用,为今后商业应用奠定良好的基础。

关键词：钴基金属氧化物介孔二氧化硅 co类普鲁士蓝离子交换化学刻蚀

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