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三维纳米多孔结构金属基复合膜电极的制备与赝电容性能

三维纳米多孔结构金属基复合膜电极的制备与赝电容性能

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作者：刘翠连燕山大学

学位级别：硕士

超级电容器作为一种新型的能量存储装置,因其具有功率密度高、循环性能好及充放电效率高等优点,近年来已成为能量存储与转化领域的研究热点之一。电极材料是影响超级电容器性能的关键因素。钴、镍等过渡金属氧化物因其理论比容量高、价... 详细信息

超级电容器作为一种新型的能量存储装置,因其具有功率密度高、循环性能好及充放电效率高等优点,近年来已成为能量存储与转化领域的研究热点之一。电极材料是影响超级电容器性能的关键因素。钴、镍等过渡金属氧化物因其理论比容量高、价格低廉、环境友好、易制备而受到广泛关注。本论文通过对超级电容器电极进行三维结构纳米化的设计,利用模板-电沉积技术结合在空气中热处理的方法分别制备了三维纳米多孔co/co O和co-ni/co O-ni O薄膜电极,采用相应的分析测试手段对所制备材料的形貌结构、成分等进行了表征,对膜电极材料进行了循环伏安、恒流充放电及交流阻抗等电化学性能测试。主要研究内容和结果如下:(1)所制备的三维纳米多孔co/co O膜电极:在电流密度为4 m A/cm2下,比容量为0.26 F/cm2(572.8 F/g),常温下循环充放电60 000次容量保持率几乎为100%,三维纳米钴/钴氧化物膜电极表现出优异的循环稳定性。(2)以具有一定钴、镍比例的水溶液作为沉积液制备了三维纳米多孔co-ni/co O-ni O复合膜电极。当钴与镍的摩尔比为3:7,在10 m A/cm2的电流密度下,复合氧化物膜电极的比容量高达2.35 F/cm2,能量密度和功率密度分别为12.7 Wh/L和450 W/L,经过5 000次循环充放电后比容量保持率高达89.7%,三维纳米co-ni/co O-ni O复合膜电极表现出优异的电容性能、大电流放电能力和良好的循环稳定性,证明了其在超级电容器中极具应用潜力。(3)制备了具有不同孔结构的co-ni/co O-ni O复合膜电极,与三维纳米介孔结构复合膜电极相比,三维纳米大孔/介孔多级孔结构的co-ni/co O-ni O复合膜电极充分活化后,复合膜电极面积比容量高达9.8 F/cm2,其相应的体积比容量和质量比容量分别高达1960 F/cm3和817 F/g。此外,该复合膜电极表现出卓越的倍率性能和循环稳定性。所有这些结果说明该电极在能量储存方面是非常有前途的。

关键词：超级电容器三维纳米多孔结构模板-电沉积法 co/coo薄膜 co-ni/coo-nio复合膜赝电容性能

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