生物衍生碳材料-鈷鎳基氧化物納米線復(fù)合電極的制備及在超級(jí)電容器領(lǐng)域的應(yīng)用.pdf

1、超級(jí)電容器作為一種新型的電化學(xué)儲(chǔ)能裝置，由于擁有充放電時(shí)間短，功率密度高，循環(huán)壽命長(zhǎng)，安全環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，因此一直激發(fā)著人們的探索熱情。超級(jí)電容器的電化學(xué)性能主要是由電極材料決定的，尤其是以過(guò)渡金屬氧化物作為電極材料的贗電容器(NiCo2O4，MnO2，NiO，Co3O4等)，由于這些電極材料具有理論電容量大，能量密度高，電極制備易于控制等優(yōu)勢(shì)，一直得到廣泛的研究。但是對(duì)于過(guò)渡金屬氧化物其自身導(dǎo)電性較差，電子傳輸過(guò)程中的自損耗嚴(yán)重等缺點(diǎn)制約

2、著其發(fā)揮有效的電化學(xué)性能，特別是比電容及能量密度的提升。為了解決上述難題，目前的研究熱點(diǎn)之一是將納米結(jié)構(gòu)的過(guò)渡金屬氧化物同碳材料直接相結(jié)合，利用導(dǎo)電性優(yōu)異的碳骨架作為集流體來(lái)縮短電子傳輸?shù)交钚圆牧系穆窂剑瑥亩嵘w電極的導(dǎo)電性，進(jìn)而促進(jìn)過(guò)渡金屬氧化物的電化學(xué)性能接近其理論值。目前常用的碳基底主要包括石墨烯，碳納米管等。雖然這些碳材料能很好的改善整體電極的導(dǎo)電性，但是其在同活性材料相結(jié)合的時(shí)候，常常無(wú)法避免自身嚴(yán)重聚合堆積的問(wèn)題，這將大

3、大影響整體電極的電子傳輸和電解液滲透。而且石墨烯，碳管高昂的成本，繁瑣的制造過(guò)程也限制了其實(shí)用性。為了解決上述難題，尋找經(jīng)濟(jì)實(shí)用同時(shí)又具有優(yōu)秀結(jié)構(gòu)的碳集流體，本論文通過(guò)尋找合適的天然生物材料—貝殼和麻纖維，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的處理得到結(jié)構(gòu)高度有序連續(xù)且導(dǎo)電性優(yōu)秀的衍生碳材料，為了驗(yàn)證其作為導(dǎo)電基底的有效性，我們?cè)谄浔砻娣謩e生長(zhǎng)了NiCo2O4納米線以及NiCo2O4@PPy核殼結(jié)構(gòu)，之后進(jìn)行了電化學(xué)測(cè)試。具體工作如下:
　　1.以天然生物材

4、料河貝殼的棱柱層為碳源，經(jīng)過(guò)凍干和高溫退火后可以得到其衍生的高度有序連續(xù)的多孔碳。其高度連續(xù)性有利于電子快速傳播到整個(gè)碳基底，其大孔多通道結(jié)構(gòu)不僅有利于負(fù)載更多的活性材料，而且更加有利于電解液的滲透和流通。之后我們?cè)谄浔砻嫔L(zhǎng)了NiCo2O4納米線整列，通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，引入碳基底后NiCo2O4的比容量由400F/g提高到1696F/g,同時(shí)循環(huán)2000次后容量保持率由79％上升到88％。充分說(shuō)明貝殼衍生碳基底的引入對(duì)NiCo2O4的電化

5、學(xué)性能具有極大的提升作用。
　　2.以麻纖維為碳源，通過(guò)高溫退火后可得到其衍生的柔性纖維碳材料，之后我們?cè)谄浔砻嫔L(zhǎng)NiCo2O4納米線，為了進(jìn)一步提高NiCo2O4的電化學(xué)性能，我們?cè)贜iCo2O4納米線表面通過(guò)電沉積的方式包覆了一層聚吡咯(PPy)導(dǎo)電聚合物，PPy的存在不僅提升了NiCo2O4的導(dǎo)電性，而且自身也能提供電容量。最終得到的碳纖維@NiCo2O4@PPy復(fù)合電極具有極高的比電容，在1A/g的電流密度下比容量高達(dá)2