部分含镍、锰材料的制备及电化学性能研究

摘要

随着化石燃料的大量消耗，能源与环境问题日益严峻。大量的研究与实践使得无数新的产电方案出现，而人们对优秀的储能设备也有了更多的需求。为实现经济与环境的可持续发展，低成本且环境友好的能源储存装置—超级电容器无疑是最佳的选择。本文对于三种传统的超级电容器材料—钼酸镍、镍钴氢氧化物、二氧化锰进行了部分研究。在其中选用掺碳的方式对钼酸镍、二氧化锰进行改性研究，提升了两者的电化学性能。之后，结合柔性电极材料理论，与镍钴氢氧化物、二氧化锰两材料结合制成了一种新型的锌离子电池装置，并对其进行测试研究。 首先，采用水热法合成了镍钴氢氧化物，并对其进行扫描电镜测试(SEM)及X射线衍射测试(XRD)。在SEM电镜测试中，具有导电外壳的该种柔性集流体通过水热法生长上了片层状的镍钴氢氧化物，片层状的它们交错排列，相互交叉形成了具有极强导电性能的通路，在随后的循环伏安与充放电测试也能看出:这种柔性的镍钴氢氧化物电极比容量很大，在0～0.8V测试范围内具有300mAh·g-1。随后速率1C时可保持比容量280mA·hg-1以上，随着速率增加，比容量逐渐递减，而在25C之后电池的容量仍保有200mA·hg-1左右，电化学性能比较优越。将测试电极与两参照电极相对比:所有的样品在1C情况下差异较小（三种样品近似，98％左右）都保持着较高的容量。但当5C时，差距逐渐拉开，差异变得很大。例如，柔性电极样品在5C和20C下保持97％和83％的相对容量，这高于纳米片参考样品（5C下为95％，20C下为69％）和传统电极参考样品(5C下为94％，20C下为53％)。 本文中二氧化锰材料采用电沉积进行合成。同样，使用碳纳米管在纤维上形成了一层致密的导电外壳，随后活性物质生长于其上，呈花瓣状结构。各个花瓣交错排列，同样构成导电通路。这种柔性二氧化锰电极在电位0.5、0.6V时它的电流密度高达2mA·cm-2左右，电势差2V左右。1C时的容量可以保持在300mA·hg-1，而电池在5C时的容量仍然保持250mA·hg-1左右。在3C以前都能保持90％或更高的容量。即便25C时电池的容量仍保有60％左右，有着较为优越的电化学性能。在对比情况下在15C时，差异开始变大，其中柔性电极样品83％，另两种样品分别为64％与47％。 通过上述材料的测试及表征，可知这种柔性电极具有更好的电化学性能，其性能稳定，电容量大，电化学性能优异，为柔性可穿戴储能设备提供了一种新方案。

目录

摘要

1．1引言

1．2超级电容器简介

1．2．1超级电容器分类

1．2．2超级电容器的优势

1．3超级电容器结构组成

1．4超级电容器工作原理

1．4．1双电层电容器(Electrical Double-Layer Capacitor)

1．4．2法拉第赝电容器(Faradaic pseudo capacitor)

1．4．3混合型电容器(Hybrid capacitor)

1．5超级电容器研究现状

1．6柔性电极研究进展

1．7本文研究内容及意义

1．7．1选题意义

1．7．2研究内容

第2章实验部分

2．1．1实验药品

2．1．2实验仪器

2．2材料的表征方法

2．2．1扫描电子显微镜(SEM)

2．2．2 X射线粉末衍射(XRD)

2．3电极的制备

2．3．1水系电极的制备

2．3．2扣式电池的制备

2．3．3柔性电极负载物-改性的碳纳米管纺织物制备

2．3．4柔l生锌对电极制备

2．4．2充放电循环性能测试(GCD)

2．5本章小结

第3章镍、锰超级电容器材料的制备及电化学性能研究

3．1引言

3．2．2 NiMoO4XRD测试

3．3．1 NiMoO4循环伏安表征

3．4镍钴氢氧化物材料

3．4．1镍钴氢氧化物材料制备

3．4．2镍钴氢氧化物材料循环伏安测试表征

3．5二氧化锰超级电容器制备

3．6二氧化锰超级电容器工作电压范围探究

3．7二氧化锰掺碳电极研究

3．8小结

第4章镍、锰柔性电极电极制备及电化学性能研究

4．1柔性镍钴氢氧化物电极电化学测试及分析

4．1．1测试电极制备

4．1．2柔性镍钴氢氧化物电极循环伏安测试

4．1．3柔性镍钴氢氧化物电极充放电测试

4．1．4镍钴氢氧化物柔性放电容量测试

4．2柔性镍钴氢氧化物电极材料表征

4．2．1柔性镍钴氢氧化物电极X射线衍射表征(XRD)

4．2．2柔性镍钴氢氧化物电极扫描电子显微镜表征(SEM)

4．3柔性二氧化锰电极电化学性能测试与分析

4．3．1测试电极制备

4．3．2二氧化锰柔性电极循环伏安测试

4．3．3二氧化锰柔性电极充放电测试

4．3．4二氧化锰柔性放电容量测试

4．4柔性二氧化锰电极材料表征

4．4．1柔性二氧化锰电极X射线衍射表征

4．4．2柔性二氧化锰电极材料扫描电镜表征

4．5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间所发表的学术论文

声明

致谢