一维铜钴二元金属氧/硫化物的制备及其在超级电容器中的应用

摘要

超级电容器作为一种具有高功率密度、可快速充放电、优异的循环稳定性的储能器件得到了广泛的关注。不同的电极材料以及结构形貌展现出不同的电化学性能。二元过渡金属化合物因其高的导电率、丰富的氧化还原反应以及高的理论容量，是理想的超级电容器电极材料。本文主要探究不同形貌的二元过渡金属化合物对电化学性能的影响，具体来说包括以下内容： (1)采用连续两步水热的方法设计合成了由纳米晶颗粒定向堆积组成纳米草状的CuCo2S4纳米阵列，这种结构表面粗糙，不仅有利于电解液的浸润与扩散，而且能够增大电极材料与电解液的接触面积。在三电极测试体系中，通过循环伏安、电化学交流阻抗和充放电曲线对其进行电化学性能测试，表现出了优异的电化学性能：在2Ag-1下比容量值为1852Fg-1，在大电流密度10Ag-1下充放电循环4000圈，其容量值保持在96%以上，表现出良好的循环稳定性和倍率性能。通过KOH/PVA凝胶电解质，组装成全固态超级电容器，表现出较高的能量密度和功率密度，在功率密度为3200W/kg的最大能量密度31.88W h/kg。 (2)采用水热/煅烧的方法合成了具有雪松叶状的CuCo2O4纳米阵列。这种结构能够有效的缩短电子传输路径，提供大的比表面积以及暴露出更多的电化学活性位点。将所合成的样品组装成三电极体系，通过循环伏安、电化学交流阻抗和充放电曲线对其进行电化学性能测试，表现出了较优的电化学性能：在1.08A/g下比容量值为1223.2F/g，在大电流密度10.81A/g下充放电循环2000圈，其容量值保持在88%以上，表现出良好的循环稳定性和倍率性能。通过KOH/PVA凝胶电解质，将CuCo2O4组装成全固态器件，表现出优良的能量密度和功率密度，在功率密度为763.75W/kg的最大能量密度26.52Wh/kg，在能量密度为12.74Wh/kg的功率密度为3057.27W/kg。 (3)采用水热/煅烧的方法合成了具有玉米形状的CuCo2O4纳米阵列。这种有序的一维纳米结构能够有效的加快电子传输。丰富的子结构也能为法拉第反应提供大量的活性位点。将所合成的样品组装成三电极体系，通过循环伏安、电化学交流阻抗和充放电曲线对其进行电化学性能测试，表现出较优的电化学性能：在2mA/cm2下比容量值为820F/g，在大电流密度6.44mA/cm2下充放电循环1500圈，其容量值保持在94%以上，表现出良好的循环稳定性和倍率性能。通过KOH/PVA凝胶电解质，将CuCo2O4组装成全固态电容器，表现出优良的能量密度和功率密度，在功率密度为480W/kg的最大能量密度17Wh/kg。

目录

第一个书签之前