碳纳米管与层状金属氢氧化物纳米复合材料的制备及电化学性能研究

摘要

当今时代人类对能量的需求量在快速增加，高效、绿色的能量存储设备因此受到重视。超级电容器是具有快速充放电、高功率密度、使用寿命长和安全等优点的新型能量存储设备，而电极材料是影响超级电容器性能的主要因素。层状金属氢氧化物(LDHs)具有高比电容、高可逆充放电能力、高离子交换能力、多个可逆氧化还原位点和低成本的优点被广泛应用于超级电容器电极材料。向LDHs中加入碳材料可以将LDHs的氧化还原反应特性与碳材料的高导电性、高稳定性有效结合，可以有效的提高系统的导电性和电荷转移能力。最终LDHs与碳材料的复合物电化学性能明显提高。本论文采用一步均相沉淀法分别制备了CNTs/NiAl-LDH和CNTs/CoNiFe-LDH两种纳米复合材料，并对其形貌、结构和电化学性能进行系统表征。
　　CNTs/NiAl-LDH纳米复合材料在1Ag-1电流密度下的电容为694F g-1，当电流密度从1A g-1增加到10A g-1时，电容保持率为87％。与NiAl-LDH相比，CNTs/NiAl-LDH纳米复合材料的电容和电容保持率都明显增大。另外在20A g-1的电流密度下循环充放电3000次后，CNTs/NiAl-LDH纳米复合材料的电容保持率仍为92％，说明CNTs/NiAl-LDH纳米复合材料具有良好的循环稳定性，CNTs的加入成功提高了CNTs/NiAl-LDH的电化学性能，CNTs/NiAl-LDH纳米复合材料表现出优异的电化学性能，尤其是大电流密度下的循环稳定性，可以作为超级电容器电极的候选材料之一。
　　CNTs/CoNiFe-LDH新型纳米复合材料在电流密度为1Ag-1下的电容为1045F g-1，在20A g-1下的电容保持率为73％，在相同条件下CNTs/CoNiFe-LDH电容比CoNiFe-LDH明显增大。另外在20A g-1下循环1000次后电容保持率仍为80％，说明CNTs/CoNiFe-LDH新型纳米复合材料具有优异的电化学性能，可以作为超级电容器电极的候选材料之一。

目录

论文说明

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 引言

1．2 超级电容器概述

1．2．1 超级电容器结构和性质

1．2．2 超级电容器分类

1．2．3 超级电容器电极材料

1．3 层状金属氢氧化物概述

1．3．1 层状金属氢氧化物结构和性质

1．3．2 层状金属氢氧化物在超级电容器领域的应用

1．4 论文选题思路和研究内容

1．4．1 论文选题思路

1．4．2 论文研究内容

第二章 碳纳米管／镍铝层状金属氢氧化物纳米复合材料的制备及电化学性能

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验药品

2．2．2．实验仪器

2．2．3 CNTs的功能化

2．2．4 NiAl-LDH纳米材料的制备

2．2．7 纳米电极材料的制备及电化学性质测试

2．3 结果与讨论

2．3．1 结构表征与分析

2．3．2 红外光谱表征与分析

2．3．3 XPS表征与分析

2．3．4 形貌表征与分析

2．3．5 电化学性能测试结果与分析

2．4 本章小结

第三章 碳纳米管／钴镍铁层状金属氢氧化物纳米复合材料的制备及电化学性能

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验药品

3．2．2 实验仪器

3．2．3 CNTs的功能化

3．2．6 分析与表征

3．2．7 纳米电极材料的制备及电容性质测试

3．3 结果与讨论

3．3．1 结构表征与分析

3．3．2 XPS表征与分析

3．3．3 TGA表征与分析

3．3．4 形貌表征与分析

3．3．5 电化学性质结果与分析

3．4 本章小结

第四章 结论

参考文献

致谢

作者简介