多級(jí)鈷基材料的合成及其在超級(jí)電容器中的應(yīng)用.pdf

1、隨著世界能源問(wèn)題的不斷嚴(yán)峻，電化學(xué)超級(jí)電容器作為新興的儲(chǔ)能裝置得到了人們廣泛的研究與關(guān)注，其在解決能源短缺問(wèn)題上扮演著至關(guān)重要的作用。本論文追溯了電化學(xué)超級(jí)電容器技術(shù)的發(fā)展歷史，探究了其工作原理，討論了超級(jí)電容器的理論基礎(chǔ)，并介紹了超級(jí)電容器在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用以及目前得到普遍認(rèn)可的超級(jí)電容器電極材料。為了彌補(bǔ)目前絕大部分電池低功率密度的缺點(diǎn)，制備出既具有高能量密度又擁有高功率密度的儲(chǔ)能材料，人們不斷開發(fā)探索更高效的超級(jí)電容器電極材料。通

2、常，評(píng)價(jià)一個(gè)超級(jí)電容器電極材料需要遵從以下三個(gè)標(biāo)準(zhǔn):高效的電化學(xué)性能（以單位質(zhì)量/單位體積或單位面積的能量密度為標(biāo)準(zhǔn)），較大的倍率性能（在較高的電壓掃速或電流密度下可釋放出的電容量）以及較穩(wěn)定的循環(huán)穩(wěn)定性。除此之外，應(yīng)用與超級(jí)電容器的電極材料的抗毒性與制備成本也是評(píng)價(jià)一個(gè)材料是否優(yōu)秀的標(biāo)準(zhǔn)。近期一些研究主要將重點(diǎn)放在了對(duì)電極材料結(jié)構(gòu)的調(diào)控上，制備了一系列多級(jí)納米結(jié)構(gòu)電極和多孔納米結(jié)構(gòu)電極，這種電極由于擁有其它粉末或塊體電極不可比擬的結(jié)構(gòu)

3、上的優(yōu)勢(shì)，其電化學(xué)儲(chǔ)能性能得到了大大的提升。
　　本論文首先通過(guò)溫和的水熱法合成了一種新型的超級(jí)電容器電極材料，利用簡(jiǎn)單的堿刻蝕法，從Co(OH)2@CoAl水滑石納米陣列得到了鈷基多孔水滑石(PLDH)納米陣列。這種多孔陣列結(jié)構(gòu)電極不僅加快了電極與電解液界面電子傳輸速率與傳質(zhì)速率，而且有效的增大了電極活性物質(zhì)與電解質(zhì)的接觸面積，這種結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢(shì)使電極電化學(xué)性能得到了加強(qiáng)，其比電容達(dá)到了23.75Fcm-2(1734Fg-1)，且

4、在5000圈循環(huán)后容量仍可保持在85％，體現(xiàn)了該電極材料優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。為了驗(yàn)證這種鈷基PLDH納米陣列電極在實(shí)際應(yīng)用中的可行性，我們使用樣品Co(OH)2@PLDH-18作為正極材料，活性炭(AC)作為負(fù)極材料，搭建了一個(gè)非對(duì)稱超級(jí)電容器。這種性能優(yōu)秀的新型電極材料在電化學(xué)儲(chǔ)能應(yīng)用中未來(lái)將可得到廣泛應(yīng)用。
　　另一方面，我們利用一種簡(jiǎn)單、低成本且環(huán)境友好的合成方法制備了以泡沫鎳為基底的Co3O4@MnO2核殼結(jié)構(gòu)納米陣列電極。

5、由于介孔Co3O4納米線陣列具有較高的導(dǎo)電性，我們將其作為“核”，并在Co3O4納米線外部包裹超薄枝狀MnO2納米片作為“殼”。這種電極材料由于不僅具有優(yōu)秀的本征活性，且復(fù)雜的核殼多級(jí)納米陣列結(jié)構(gòu)進(jìn)一步提高了其電化學(xué)活性。Co3O4@MnO2核殼納米陣列電極表現(xiàn)出了較高的儲(chǔ)能特性(977Fg-1)以及良好的的循環(huán)穩(wěn)定性，在5000圈充放電循環(huán)后仍保持了94％的容量。這種新型電極材料不僅滿足了人們對(duì)電化學(xué)超級(jí)電容器的各項(xiàng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，而且對(duì)未