纳米氧化镍、四氧化三钴及镍基石墨烯材料的制备和超级电容器性能研究

摘要

超级电容器作为新兴的储能器件，凭借充放电快，功率高，成本低的优点，在交通，工业等方面有着很大的应用前景。纳米金属氧化物具有理想的赝电容特性，与碳基材料结合，可以有效提高电极活性。本论文主要研究纳米氧化镍、四氧化三钴及镍基石墨烯材料的制备，并考察了其超级电容器性能。
　　使用硝酸镍为镍源，尿素为沉淀剂，通过简单的调剂溶剂中水与乙醇的比例溶剂热合成不同形貌（片状，蔟状，花状和球状）的纳米氧化镍。不同形貌的氧化镍有着相似的比表面积。电化学测试结果表明，蔟状的氧化镍在电压窗口为0-0.6 V(vs. Ag/AgCl),扫速为5 mV/s时，比容量达到了470 F/g，500次循环后容量保留率维持稳定。
　　以有机分子均苯三甲酸和邻菲罗啉和氯化钴盐为原料，水热合成棒状的钴的前驱体。在空气氛围500度焙烧3小时得到四氧化三钴纳米棒。由于在焙烧过程中有机分子的燃烧释放气体使四氧化三钴纳米颗粒之间自组装成带有介孔的棒状形貌，并使得其比对照样品Co3O4-B的比表面积高出10倍达到23 m2/g。经循环伏安，阻抗和恒流充放电测试，结果表明，棒状的四氧化三钴在电压窗口为0.2-0.7 V(vs. Ag/AgCl)，扫速为5 mV/s时的比容量达到了262 F/g，500次循环后容量几乎没有损失。Co3O4//AC组成的非对称的纽扣式装置中，在电压窗口为0-1.5 V，比电流为0.1 A/g时的比容量为194 F/g，比能量为60.6 Wh/kg。
　　以石墨，高锰酸钾，硫酸为原料溶剂热合成氧化石墨，经超声分散，加入硝酸镍盐水热合成镍基石墨烯材料。实验考察了石墨烯载体、镍的负载量、测试电压窗口、镍相等因素对超级电容器性能的影响。结果表明，15％-Ni(OH)2/graphene在电压窗口为0.0–0.7 V(vs. Ag/AgCl)，扫速为5 mV/s时的最大比容量为2077 F/g，并且具有良好的循环寿命。

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第一章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 超级电容器的概述

1.3 目前超级电容器材料的研究

1.4 提高超级电容器电化学性能的途径

1.5 本论文涉及的几种电极材料简介

1.6 本课题研究的目的及主要内容

第二章 实验部分

2.1 实验药品

2.2 实验相关仪器

2.3材料性能表征手段

2.3超级电容器的组装及性能测试

第三章 纳米氧化镍的合成及超级电容器性能的研究

3.1引言

3.2 实验部分

3.3 实验结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 纳米四氧化三钴的合成及其超级电容器性能的研究

4.1引言

4.2 实验部分

4.3 实验结果与讨论

4.4 本章小结

第五章 镍基石墨烯材料的制备和超级电容器性能的研究

5.1引言

5.2 实验部分

5.3 实验结果与讨论

5.4 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间所发表的论文