三維金屬集流體的構(gòu)建及其復(fù)合氧化物超級電容器電極材料的研究.pdf

1、隨著人類社會的發(fā)展和技術(shù)的進步，及化石能源的枯竭和其對環(huán)境的污染等問題的存在，使得對新能源及新儲能設(shè)備的研究受到人們的關(guān)注。在這樣的環(huán)境下，超級電容器以其環(huán)保、高功率密度、壽命長和快充放電速率等優(yōu)點成為研究的主流。金屬氧化物正以其資源豐富、價格低廉、環(huán)境友好、比容量高等優(yōu)點逐步取代碳基電極材料。然而，金屬氧化物材料的低導(dǎo)電率和循環(huán)壽命短是其不足，這些缺陷影響了其作為電極的性能。因此，我們設(shè)計了一種新型的納米鎳管陣列作為電極材料的集電極，

2、與氧化物材料進行復(fù)合。用以提升超級電容器電極材料的性能。
　　在本論文中，我們設(shè)計了一個簡單的模板法合成了三維鎳納米管陣列，通過金層的引入優(yōu)化了鎳集電極的制備環(huán)境，使得我們合成的鎳集電極呈現(xiàn)出了精妙且穩(wěn)定的納米管陣列結(jié)構(gòu)。以這種納米鎳管為集電極，我們進一步使用簡單的電沉積方法在其表面復(fù)合了氧化鐵納米針和氧化錳納米片，分別作為超級電容器的負極和正極材料。兩種材料都表現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學(xué)性能。其中，氧化鐵@鎳負極的比容量高達418.7F

3、 g-1。氧化錳@鎳正極材料比容量達到440.7F g-1。正是我們設(shè)計的這種精妙的核/分支混合納米結(jié)構(gòu)，使得我們的電極材料在正負極兩端都表現(xiàn)出了高比容量、低電阻率、倍率性能良好和循環(huán)穩(wěn)定性優(yōu)異等諸多特點。這種納米金屬導(dǎo)電集流體與納米氧化物復(fù)合的精巧設(shè)計，為提高超級電容器電極材料性能提供了一個新的思路。
　　為了探究我們所制備電極材料的應(yīng)用前景，我們使用氧化鐵@鎳納米管陣列材料作為負極，以氧化錳@鎳納米管材料作為正極，1摩爾每升的

4、硫酸鈉溶液作為電解液，匹配了電位窗口1.6V的水系非對稱電容器;以PVA/硫酸鈉凝膠電解質(zhì)粘接正負極組裝了固態(tài)非對稱電容器。兩個體系的非對稱電容器都有高的功率密度和能量密度，水系非對稱電容器體系，在3197.7W kg-1的功率密度下可以得到高達34.1Wh kg-1的能量密度。甚至在50981.4W kg-1的功率密度下依然有22.8Wh kg-1的能量密度。固態(tài)非對稱電容器，在3199.5Wkg-1的功率密度下也有32.2Wh kg