超级电容器用过渡金属氧化物NiCo2O4及其复合物

摘要

超级电容器，是介于二次电池和普通物理电容器之间的一种新型的电化学储能器件，由于具有功率密度高和循环寿命长等诸多优点，近年来成为电化学储能领域的研究热点。具有赝电容行为的过渡金属氧化物NiCo2O4具有理论比电容高、电化学可逆性好和环境友好等特点，引起人们的关注，但是由于导电性差使得NiCo2O4的倍率性能较差。本论文通过将NiCo2O4与高电导率的碳材料或金属基底进行复合，以改善其电化学性能。具体研究内容如下：　　(1)以有序介孔碳(OMC)为载体，采用共沉淀法制备了OMC/NiCo2O4复合物。观察发现，NiCo2O4纳米颗粒均匀地负载在有序介孔碳上。电化学测试表明，NiCo2O4负载量为40％时，在1 A·g-1的电流密度下，复合物电极材料的比电容可达577.0 F·g-1；电流密度为8A·g-1时，比电容可达470.8 F·g-1。在2A·g-1的电流密度下，复合物电极材料经过2000次循环后比电容还可达508.4 F·g-1，电容保持率为92.7%，具有良好的循环稳定性。　　(2)通过两步法在Ni网基底上生长有序的NiCo2O4纳米线阵列。具有介孔结构的纳米线直径和长度分别约为80 nm和10nm，该纳米线阵列比表面积可达114 m2·g-1。由于NiCo2O4纳米线阵列是直接生长在三维多孔的Ni网骨架上的，该电极具有独特的三维多级孔道结构，Ni网基底提高了电极的导电性和离子传输速度。NiCo2O4纳米线阵列电极在0.5 A·g-1电流密度下比电容可达1264 F·g-1，16 A·g-1的比电容为998.4 F·g-1，容量保持率可高达79%，在4 A·g-1的电流密度下，经过2000次的连续充放电，容量的损失仅为5.2%，表现出了优异的电化学性能。　　(3)通过两步法在碳布上生长有序的NiCo2O4纳米线阵列。碳布大的比表面积有利于电解液离子快速的氧化还原反应，垂直生长的NiCo2O4纳米线，结构整齐，缩短了离子的传输距离。复合电极材料在1 A·g-1电流密度下的比电容可达1282.5 F·g-1，20 A·g-1的比电容为1010 F·g-1，容量保持率可高达80.3%，与没有加入碳布的单纯的NiCo2O4相比较，表现出优异的超电容行为。

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图、表清单

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 超级电容器概述

1.3 超级电容器的分类和储能机理

1.4 超级电容器电极材料的研究进展

1.5 本课题研究的主要内容

第二章 有序介孔碳负载NiCo2O4电极的制备及其超电容性能

2.1 前言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 结 论

第三章 Ni网为基底生长介孔NiCo2O4纳米线阵列及其超电容特性

3.1 前言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

第四章 碳布上生长介孔NiCo2O4纳米线阵列及其超电容特性

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文