新能源存储用Co3O4电极材料的制备与性能研究

摘要

近些年来，作为新型能量存储器件的超级电容器，以其绿色、节能、高效等诸多优势进入越来越多研究者的视野。而超级电容器结构的关键部件就是电极材料，其材料电极的结构设计及材料的电学性质很大程度上对超级电容器的电容性能有着决定性影响。因此，如何将电极上所负载的电活性物质充分有效的利用，并使其在充放电过程中更迅速地参加电化学反应，成为目前超级电容器研究领域的热点和难点。
　　本论文以超级电容器的正极材料为研究对象，利用水热法和退火处理的方式在泡沫镍导电基底上制备出Co3O4纳米线阵列，研究了退火温度对材料电容性能的影响。通过循环伏安法、恒电流充放电测试及交流阻抗谱分析等电化学测试得出，退火温度为300℃时，Co3O4纳米线阵列的电容性能最佳，在1 A/g的充放电电流密度下，其比电容值达到1147 F/g。通过扫描电子显微镜和透射电子显微镜对Co3O4纳米线阵列进行形貌表征，结果表明，Co3O4纳米线垂直生长在泡沫镍表面，纳米线相互交错并形成孔隙结构，这大大有利于电子的传导和电解液离子的扩散。为了进一步提高超级电容器的储能能力，本文对电极材料的结构进行了新的设计，即在Co3O4纳米线阵列表面再包覆一层NiMoO4超薄纳米片，获得三维Co3O4@NiMoO4纳米线阵列次级结构。通过形貌表征发现，NiMoO4超薄纳米片均匀地分布在Co3O4纳米线表面，未对原始的阵列结构造成破坏。电化学性能测试表明，包覆NiMoO4超薄纳米片后，材料的比电容和面电容量均显著提高，在1A/g的充放电电流密度下，比电容提高到1607 F/g。NiMoO4超薄纳米片的引入不仅提高了电活性物质的负载量，而且大大提高了电活性物质的比表面积和利用效率，为电化学反应过程提供了更多的活性点数量。本文工作可为研究Co3O4纳米线阵列及其次级结构的电容性能提供参考。

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第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 超级电容器概述

1.2.1 超级电容器的分类

1.2.2 超级电容器的应用前景

1.2.3 超级电容器电极材料的研究现状

1.3 Co3O4电极材料

1.3.1 Co3O4的结构和性质

1.3.2 Co3O4作为电极材料的优势和缺陷

1.4 本论文的选题思路及主要内容

第二章 材料的制备及表征方法

2.1 制备方法——水热法

2.2 材料结构体貌的表征方法

2.2.1 X射线衍射（XRD）

2.2.2 扫描电子显微镜（SEM）

2.2.3 透射电子显微镜（TEM）

2.3 超级电容器的电化学性能测试分析

2.3.1 循环伏安测试

2.3.2 横流充放电测试

2.3.3 交流阻抗测试

第三章三维Co3O4@ NiMoO4纳米线阵列的制备及电化学性能

3.1三维Co3O4@ NiMoO4纳米线阵列的制备

3.1.1 泡沫镍基片的处理

3.1.2 Co3O4纳米线阵列的制备

3.1.3三维Co3O4@ NiMoO4纳米线阵列次级结构的制备

3.2三维Co3O4@ NiMoO4纳米线阵列的表征

3.2.1 形貌表征

3.2.2 结构表征

3.3 三维Co3O4@NiMoO4纳米线阵列的电化学性能

第四章 结 论

参考文献

致谢