钴基过渡金属氧_硫化物的制备以及在高性能超级电容器领域中的应用.pdfVIP

摘要

随着全球经济的迅速发展，由于对化石燃料能源的过度开采利用，导致能源枯

竭和环境污染等问题日益突出。人们迫切需要寻求一种新型的、储量大、安全、绿

色环保的新型能源存储设备来应对以上问题。超级电容器(SCs)是当今一种新型的

电化学储能器件，它以超长的循环寿命，极快的充放电速率，安全环保等优点被广

泛的用于各行各业，但是在实际应用中的能量密度偏低很大程度上减小了它的应用

范围。基于此问题和二次电池存在的缺陷，当前针对SCs的研究主要集中在如何提

高电容器电极材料的比电容(C)，电压窗口，循环稳定性等。本论文中，我们采用

s

简单的水热反应、高温煅烧，电化学沉积和室温氧化等方法，在泡沫镍(NF)上分

别制备了具有多层次的三维纳米结构、高比电容和优良导电性的电容器电极材料。

主要的研究工作和成果总结如下:

1.利用简单的水热和煅烧处理,在泡沫镍基底上制备了MgCoO纳米线，随后

24

以MgCoO纳米线为自支撑牺牲骨架，通过恒电流(i-t)沉积法，制备了具有蜂窝

24

状结构的MgCoO@ZnCo-LDH电极材料。在此实验过程中，当电沉积的电压为-

24

1.8V时，所制备的MgCoO@ZnCo-LDH-2电极材料具备出色的电化学性能。在电

24

流密度1Ag-1的条件下，所制备的MgCoO@ZnCo-LDH-2电极材料的C可达到

24s

2353.8Fg-1，高于MC/NF或ZnCo-LDH/NF等相关电极材料。此外，为了评估电极

材料的实际应用成功地组装了不对称超级电容器MgCoO@ZnCo-LDH-2/NF//AC。

24

本课题以MgCoO@ZnCo-LDH-2作为正极，活性炭(AC)作为负极制备的全固态非

24

对称超级电容器，在750Wkg-1的功率密度下能量密度高达64Whkg-1，这足以说

明MgCoO@ZnCo-LDH材料在超级电容器领域拥有巨大的应用前景。

24

2.采用水热煅烧处理结合一步电化学沉积法，在自支撑的泡沫镍基底上制备了

三维核壳结构的CuCoO@CuCoS@Co(OH)复合材料用作超级电容器的电极材料。

24242

以CuCoO/NF为牺牲骨架，采用Na2S·9HO为硫化剂，通过简单的水热反应，成

242

功的引入S元素，这使得一维的CuCoO/NF前驱体的电化学性能进一步改善。为

24

了更好地提高电极材料的整体性能，我们采用恒电位沉积法(i-t)，在

CuCoO@CuCoS纳米花上沉积一层小小的Co(OH)纳米片，从而得到了具有三维

24242

花状的CuCoO@CuCoS@Co(OH)复合材料。该材料在1Ag-1的电流密度下表现

24242

出极高的比电容(C,4075Fg-1)，在完成10000次充放电循环周期之后，电容保持率

s

为88.4%，计算得到库仑效率为84.6%。

3.为了显著提高电极材料的各项整体性能，本课题深入研究利用导电聚合物聚

吡咯优秀的包裹性，提高电极材料的机械稳