层状双氢氧化物电极材料的制备及其超级电容器应用研究

摘要

能源危机和环境污染是目前亟需解决的两大难题，掀起了人们对可再生清洁能源的研究热潮。超级电容器，作为一种新型储能设备，凭借其高的功率密度以及长的循环寿命，以致其在多种能量存储设备中得以脱颖而出。其中，电极材料对超级电容器性能的影响尤为突出。层状双氢氧化物（LDHs），具有优异的电化学性能以及其独特的片层结构，彰显出广泛的应用前景。杂原子掺杂的碳材料（HC），由于具有比表面积大、导电性高等优良特性，也愈发引起了广泛的关注。本文以层状双氢氧化物和杂原子掺杂碳材料为研究对象，较为系统的研究了合成条件、材料复合等对其电化学性能的影响。具体的工作主要有以下三个方面：
　　(1)采用电化学沉积的方法，制备了几种直接生长在泡沫镍上的LDHs纳米材料，并对其进行相应的电化学测试。结果表明，与其他几种LDHs材料相比，NiCo-LDHs材料具有更高的比电容值，可能是归功于不同的活性离子之间的复合有利于电容性能的提高。此外，还具有较好的倍率性能，但还有待于进一步的提高。因此，LDHs作为电极材料在超级电容器领域具有一定的应用价值。
　　(2)二氧化锰（MnO2）与镍铝层状双氢氧化物（NiAl-LDHs）的复合材料通过一步电沉积直接生长在泡沫镍上。制得的多孔花状MnO2@NiAl-LDH复合材料，在电流密度为1A/g时，比电容高达1554 F/g，远高于MnO2和NiAl-LDHs。此外，在电流密度为1-10A/g条件下，能呈现出优越的倍率性能。具备良好的电化学性能可能归功于 MnO2和NiAl-LDHs之间的协同效应，考虑到其主要优势，诸如，成本低、无需粘结剂以及良好的电化学性能，MnO2@NiAl-LDH纳米复合材料作为高效的超级电容器电极材料是十分有前途的。
　　(3)以多巴胺（DA）和三聚氰胺（MA）为前驱体，通过一种简单的实验方案制备蒲公英状核壳结构的表面氮富集的碳微球(DNCS)。该材料的制备过程为：DA自聚成球-表面吸附MA-高温裂解。所制备的碳微球呈现出比普通氮掺杂碳微球（NCS）更好的电化学性能，拥有高的比电容（0.5A/g时，比电容值203F/g），较高的倍率性能，优良的循环稳定性。由于其独特的结构和分层的组成，使得其在能量存储方面有着广泛的应用前景。此外，利用先前制备的MnO2@NiAl-LDH纳米复合材料与DNCS组装成不对称电容器，具有良好的电化学性能。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 超级电容器的概述

1.3 超级电容器的工作原理

1.4 超级电容器的电极材料

1.5 双氢氧化物材料与杂原子掺杂碳材料的研究现状

1.6 论文设想

参考文献

第二章 几种双氢氧化物（LDHs）的电化学制备及其电容性质的研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果和讨论

2.4 本章小结

参考文献

第三章一步电沉积制备MnO2@NiAl LDH纳米复合材料及其超级电容器性能

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果和讨论

3.4 本章小结

参考文献

第四章蒲公英状的N掺杂碳微球的制备及其与MnO2@NiAl-LDH纳米复合材料不对称超级电容器的构建

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文和专利

致谢