过渡金属（双）氢氧化物基电极材料制备及其超级电容器性能研究

【摘要】近年来,中国部分城市雾霾现象越来越严重,如北京、石家庄等,而大量的汽车尾气污染物是罪魁祸首之一,因此需加快采用新型清洁能源储能器件的环保电动汽车的发展,来解决日益严峻的能源与环境问题。作为储能器件之一的超级电容器具有长循环稳定性、高功率密度和能量密度、低成本等其他器件无法比拟的优势,是目前研究的热点,而围绕这一热点,具有优异电化学性能的电极材料的开发成为一项重要工程。本文以此为基点,通过大量文献调研,将高比容量的过渡金属(双)氢氧化物与高导电性的石墨烯、碳纳米管复合,构建成具有较大比表面积的三维网状结构的复合电极材料。此类复合材料结合双电层电容和氧化还原电容两种储能机理,可大幅提高材料的电化学性能,具有很好的发展前景。首先,本文在具有五层左右的石墨烯薄膜上电化学沉积Ni(OH)2纳米片,构造具有三维网状结构的氢氧化镍/石墨烯/泡沫镍(3DNi(OH)2/GE/NF)复合电极材料并测试其电化学性能。高导电性石墨烯片的存在促进了电极/电解液间的电荷传输,使3DNi(OH)2/GE/NF电极材料显示出较Ni(OH)2/NF电极更好的倍率性能,在3A/g的电流密度下,比容量达到2161F/g,当电流密度提高到60A/g的大电流密度时,比容量仍保持有1520F/g,另外石墨烯与Ni(OH)2之间的较强的结合力在很大程度上提高了材料的循环性能。其次,本文延续上述体系,镍掺杂氢氧化钴纳米薄片电化学沉积在三维石墨烯/泡沫镍基底上,得到三维网状结构的镍钴双氢氧化物/石墨烯/泡沫镍(3DNixCo1-x(OH)2/GE/NF)电极材料,测试电容性能并考察不同Ni掺杂量对材料形貌及性能的影响。掺杂适量的Ni后,由于镍钴氢氧化物的协同作用,使得材料的结构得以改善,氧化还原电对的加入也大幅提高了电极材料的比电容和循环性能。当Ni掺杂量为34%时,即3DNi0.34Co0.66(OH)2/GE/NF复合电极材料具有最佳的电化学性能,其在10A/g的大电流密度下经过1000次循环后,比容量保持率为75%。再次,采用电化学沉积法在碳纳米管/泡沫镍的集流器上制备镍钴双氢氧化物,首次构筑具有壳/核结构的Ni-Co双氢氧化物/CNT/NF复合电极材料,从提高电极材料活性物质负载量方面,考察了材料的性能。结果表明,当负载量提高到8.55mg/cm2的商业水平时,电极材料仍具有较高的比容量和优异的循环稳定性,在3A/g电流密度下,比容量高达1432F/g,并且在3、5、10和3A/g的交替电流密度下循环2000次后比电容保持率高达85%。最后,首次以高负载量的Ni-Co双氢氧化物/CNT/NF为负极,活性炭(AC)为正极,1mol/LKOH溶液为电解液,组装成的非对称电容器并测试电化学性能。结果表明,非对称电容器的电位窗口扩大到1.6V,比容量可达107F/g,表现出较好的大电流放电特性。并且在功率密度为399.2W/kg时能量密度高达37.9wh/kg,快速充电10s后能充当电源给LED灯及小电风扇较长时间供电,展现出很好的商业价值。
【作者】王力群；
【导师】郭铁明；李小成；
【作者基本信息】兰州理工大学，材料加工工程，2014，硕士
【关键词】金属(双)氢氧化物；三维网状结构；石墨烯；碳纳米管；超级电容器；

【参考文献】
[1]吴波.不同渠道权力结构下的多渠道供应链定价与协调研究[D].西南交通大学,管理科学与工程,2014,硕士.
[2]张庆勇.残余应力对海洋耐压结构承载极限影响研究[D].哈尔滨工业大学,船舶与海洋工程,2014,硕士.
[3]茆福炜.SiC微粉提纯工艺研究[D].苏州大学,材料学,2014,硕士.
[4]张菲菲.ZrO_2-氮化物引入方式对Al_2O_3-C质耐火材料性能的影响[D].河南科技大学,材料学,2013,硕士.
[5]王韦,黄春毅.基于C/S与B/S混合模式的税务征收系统的设计与开发[J].现代图书情报技术,2005,08:87-89+47.
[6]陈颖.国防园区网管系统的设计和实现[D].西北工业大学,2003.
[7]辛毅.电力设备温度在线监测及预警系统的设计与实现[D].山东大学,电气工程（专业学位）,2013,硕士.
[8]甘文婷.人羊膜细胞生物学特性及人羊膜上皮细胞对高氧所致肺损伤作用的实验研究[D].广州医科大学,儿科学（专业学位）,2014,硕士.
[9]郝鸣.基于Preisach模型的磁控形状记忆合金执行器磁滞非线性研究[D].吉林大学,控制工程,2014,硕士.
[10]杜爱明.现代教育技术的发展趋势(Ⅱ)[J].教育仪器设备.2001(03)
[11]朱艺夫.现代汉语副词连用研究综述[D].东北师范大学,汉语言文字学,2012,硕士.
[12]王凯.古壁画裂缝虚拟修复技术研究[D].西安建筑科技大学,信号与信息处理,2013,硕士.
[13]R·加罗特,D·帕图尔特,张淑敏.用于拾取和时深转换上的一个自动程序[J].石油地球物理勘探,1976,03:43-71.
[14]李亨,张锡文,何枫.论多孔介质中流体流动问题的数值模拟方法[J].石油大学学报(自然科学版),2000,05:111-116+0.
[15]邱倩.中江丹参植株中重金属的分布和形态分析[D].成都理工大学,矿产资源化学,2013,硕士.
[16]孙庆佳.中医辨证论治寻常型天疱疮的临床研究[D].黑龙江中医药大学,中医外科学（专业学位）,2013,硕士.
[17]罗莹莹.从脾胃调治失眠的理论及临床研究[D].广州中医药大学,中西医结合临床（专业学位）,2013,硕士.
[18]霍宏伟.TIG焊三维熔池的数值模拟[D].兰州理工大学,材料加工工程,2013,硕士.
[19]葛江北,周明,李庚银.风电场抵御连锁脱网能力评估及指标灵敏度分析[J].电力系统自动化,2015,04:4-11.
[20]罗琼华.我国移动通信企业客户维系存在问题与对策研究[D].广西大学,工商管理,2004,硕士.
[21]杨炳儒,陈泓婕,谢永红.基于知识库的知识发现结构研究[J].计算机工程与应用,2002,17:14-15+30.
[22]靳华伟.基于WAP的第三方安全移动支付系统设计[D].湖南大学,软件工程,2012,硕士.
[23]尹晓晨.商务英语合同的翻译及思考[D].山东大学,英语笔译（专业学位）,2013,硕士.
[24]邓焱.论民事保全制度[D].湘潭大学,诉讼法学,2003,硕士.
[25]朱慧.新媒体时代加强政府新闻发言人能力建设的调查研究[D].华东理工大学,公共管理（专业学位）,2014,硕士.
[26]赵晓云.Si衬底GaN外延层的MOCVD生长研究[D].西安电子科技大学,材料物理与化学,2013,硕士.
[27]葛亮.硅上原子层沉积与物理气相沉积Pt薄膜的技术研究[D].复旦大学,微电子学与固体电子学,2012,硕士.
[28]牟晶.低碳城市化平衡发展研究[D].山东财经大学,技术经济及管理,2012,硕士.
[29]曹健.新型有机硅单体及其聚合物的合成与性能研究[D].杭州师范大学,应用化学,2013,硕士.
[30]胡朝友.TaqMan探针荧光PCR法定量检测水中大肠埃希氏菌方法建立和应用[D].苏州大学,食品营养与卫生学（专业学位）,2014,硕士.
[31]王斌,顾惠忠.内嵌于组织管理活动的管理会计:边界、信息特征及研究未来[J].会计研究,2014,01:13-20+94.
[32]李娟.城市特色构建中城市家具的非同质化研究[D].齐鲁工业大学,设计艺术学,2014,硕士.
[33]王慧.基于利益的服装市场细分研究[D].中原工学院,企业管理,2012,硕士.
[34]张淳鎏.成都平原农业景观美学评价研究[D].西南交通大学,园林植物与观赏园艺,2014,硕士.
[35]梁晴.儒法行政思想比较及其现代价值解释[D].贵州财经大学,行政管理,2013,硕士.
[36]张卉.趋化因子SDF-1α介导的胰腺星形细胞促胰腺癌细胞化疗耐药作用及其机制研究[D].北京协和医学院,病理学与病理生理学,2014,博士.
[37]陈云辉,刘东,凌万水,潘树昌.主动配电网协调控制的仿真测试平台[J].电力系统自动化,2015,09:54-60.
[38]王焕雷.室内安全生态评价及专家系统研究[D].大连理工大学,环境工程,2004,硕士.
[39]魏丽英,吴荣华,王志龙.考虑公交影响的进口道元胞自动机换道模型[J].系统仿真学报,2014,06:1327-1330.
[40]王凤英.镉对白花曼陀罗再生植株和毛状根生长及吸收镉的影响[D].西南大学,植物学,2014,硕士.
[41]郭振业.单层培养与海藻酸钠立体培养兔膝关节软骨细胞力学特性比较的研究[D].山西医科大学,骨外科学,2013,硕士.
[42]杨宇,杨乃亮,杜江,唐洪杰,任浩,于然波,王丹.用于太阳能转换的TiO_2与二维碳材料的复合物[A].中国化学会.中国化学会第29届学术年会摘要集——论坛七：中新青年化学家论坛[C].中国化学会:,2014:1.
[43]林晶鸿.莆田方言“有+AP/VP”中的“有”[D].华东师范大学,语言学及应用语言学,2013,硕士.
[44]陈娜.保和丸加减治疗食积内停型婴幼儿睡眠障碍的临床观察[D].浙江中医药大学,中医儿科学（专业学位）,2014,硕士.
[45]李军,刘艳,顾雪平.基于信息熵的属性离散化算法在暂态稳定评估中的应用[J].电力系统自动化,2005,08:26-31.
[46]王帅军.北京地区砂卵石相变地层衬砌结构竖向土压力折减分析[D].北京交通大学,岩土工程,2012,硕士.
[47]胡莎莎.区域高等教育国际化策略研究[D].宁波大学,教育经济管理,2013,硕士.
[48]何茹.论累积投票选举制[D].安徽大学,法律,2013,硕士.
[49]张杰.农药氟虫腈作用下斑马鱼miR-155对UHRF1的调控作用[D].浙江理工大学,生物化学与分子生物学,2013,硕士.
[50]王汉华.马克思共同体思想生成论研究[D].海南大学,马克思主义基本原理,2014,硕士.