嵌有氧化鐵的鈦酸鈉納米片電極的制備及儲能器件的研究.pdf

1、隨著新能源技術(shù)的發(fā)展，越來越多的儲能裝置被開發(fā)和使用。超級電容器是一種常見的介于充電電池和傳統(tǒng)物理電容器的電化學儲能器件，具有功率密度高、循環(huán)壽命長、充電速度快、環(huán)境友好等優(yōu)點，應用廣泛。對于超級電容器的研究主要集中在制備和研發(fā)高性能的電極材料。常見的電極材料有碳材料，過渡金屬氧化物和導電聚合物等。每種材料有各自的優(yōu)點，也有不足，比如碳材料的比電容不高，過渡金屬氧化物的導電率低等。針對以上問題，人們提出了對電極材料進行復合設計、修飾和改

2、性等方法。其中，設計制備復合材料是當前改善電極性能最具潛力的策略。本論文通過水熱法合成了嵌有氧化鐵的鈦酸鈉納米片陣列，研究了其材料組成和結(jié)構(gòu)，討論了其在不同溶液中的電化學性能，并分別與錳酸鋰和銅鎳氧化物搭配組成混合超級電容器，測試其性能。具體研究內(nèi)容包括：
　　（1）通過水熱法直接在鈦片基底上生長出嵌有氧化鐵的鈦酸鈉納米片陣列。通過表征發(fā)現(xiàn)，鈦酸鈉納米片具有層狀結(jié)構(gòu)，提供溶液離子嵌入和脫出通道。在脫嵌的過程中，材料中氧化鐵被氧化還

3、原提供電容量。反應過程中，層狀結(jié)構(gòu)的鈦酸鈉產(chǎn)生的形變較小，嵌入的氧化鐵被有效保護，維持著材料的穩(wěn)定性，表現(xiàn)出良好的循環(huán)性能?；钚圆牧显诹蛩徕c溶液中工作在-1.0~0.2V的電壓窗口，具有一對較對稱的氧化還原峰，放電曲線呈S型。在不需要其他任何修飾和改性的情況下，2000次循環(huán)測試后仍有78％的電容保留率。
　　（2）考察不同陽離子在活性材料中的脫嵌性能以及陰離子的影響。選取了Li2SO4、Na2SO4、K2SO4，LiCl、NaC

4、l、KCl，LiOH、NaOH、KOH九種溶液進行電化學性能測試。測試發(fā)現(xiàn)Li+、Na+、K+三種離子均能有效脫嵌活性材料，形成一對氧化還原峰，且展現(xiàn)了良好的可逆性。陰離子對活性材料的電化學過程、電容量和阻抗都有一定的影響。與中性溶液相比，活性材料在堿性溶液中的氧化還原峰更對稱，循環(huán)性能更好。2000次循環(huán)測試后，在九種溶液中的電容保留率分別為80%、78%、85%，85%、82%、90%，89%、87%、98%。
　?。?）以嵌

5、有氧化鐵的鈦酸鈉納米片陣列作負極，錳酸鋰作為正極，硫酸鋰作為電解液，組合成非對稱超級電容器。結(jié)果表明，該超級電容器具有1.9V的高電壓窗口，電流密度為0.5mA cm-2時，面積比電容達到了92.6mF cm-2。類似的，以嵌有氧化鐵的鈦酸鈉納米片陣列作負極，銅鎳氧化物作為正極，氫氧化鈉作為電解液，組合成非對稱超級電容器。該超級電容器工作電壓為1.65V，電流密度為0.5mA cm-2時，面積比電容達到了104.9mF cm-2，具有良