核殼納米材料的構(gòu)筑及其用于超級電容器電極材料的研究.pdf

1、隨著化石能源的日漸枯竭，加強對可再生能源的開發(fā)利用勢在必行。想要實現(xiàn)對可再生能源的有效利用，必須開發(fā)出環(huán)保高效的儲能裝置。超級電容器作為一種介于傳統(tǒng)電容器和化學(xué)電池之間的新型高效儲能裝置，其能量密度比傳統(tǒng)電容器更高，功率密度也要優(yōu)于化學(xué)電池。此外，超級電容器還具有循環(huán)使用壽命長、綠色環(huán)保、安全性高等優(yōu)點。作為超級電容器的重要組成部分，電極材料對超級電容器性能的提升起著決定性的作用。本文的研究重點是利用水熱法、電化學(xué)沉積法和共沉淀法，在不

2、同的基底上構(gòu)筑核殼結(jié)構(gòu)金屬氧化物，通過合理的結(jié)構(gòu)來提高電極材料的電化學(xué)性能。
　　采用兩步水熱法在碳球表面原位合成核殼結(jié)構(gòu) MnO2納米線（MnO2-MnO2/C），這種獨特的納米核殼結(jié)構(gòu)極大地增加了MnO2的比表面積，有效地減少了電極反應(yīng)過程中離子擴散和電荷轉(zhuǎn)移阻抗。同時，核殼MnO2納米線之間相互交聯(lián)，所形成的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)使復(fù)合電極材料具有優(yōu)良的循環(huán)穩(wěn)定性。電化學(xué)測試結(jié)果表明：MnO2-MnO2/C復(fù)合電極具有良好的倍率特性和可逆

3、性，比容量可以達(dá)到225 F/g，是 MnO2/C電極比容量的2.1倍，經(jīng)過5000次循環(huán)后仍能保持初始容量的90％。
　　通過水熱法和電沉積法在泡沫鎳基底上構(gòu)筑了三維核殼 NiCo2O4納米線（NiCo2O4-NiCo2O4/NF）。復(fù)合后的核殼電極材料不但可以縮短離子的擴散路徑，同時也為電極反應(yīng)提供了更多的電化學(xué)活性位點，表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能，其比電容可以達(dá)到2041 F/g，并且具有良好的倍率特性和卓越的循環(huán)穩(wěn)定性（在50

4、 mA/cm2電流密度下循環(huán)3000次后的容量為最大容量的85%）。
　　以碳纖維紙（CFP）作為柔性基底，通過水熱法制備NiCo2O4納米線，研究了不同反應(yīng)時間下NiCo2O4納米線在碳紙基底上的生長情況，確定最佳反應(yīng)時間。將生長在碳紙基底上的NiCo2O4納米線作為骨架，利用簡單快速的共沉淀法在NiCo2O4納米線上繼續(xù)沉積一層NiCo2O4納米片，成功地在柔性基底上構(gòu)筑一種核殼結(jié)構(gòu)的NiCo2O4納米線(NiCo2O4-Ni