钴/镍、钴/锰二元氧化物与ACF复合电极结构及电容特性的研究

【摘要】超级电容器是一种新型储能装置,具有充放电快、效率高、寿命长等优点,在电子、通讯、电动车、新能源等领域获得了广泛应用。但储电容量低是其固有缺陷,电极材料在其中起着关键作用。常用的电极材料有两类：以双电层储存电荷的多孔炭电极材料和以法拉第反应产生准电容的过渡金属氧化物。多孔炭的比电容较小,但充放电性能好,过渡金属氧化物则相反。为发挥两类材料的优势,本论文通过化学物理方法将两类材料有机结合,制成的复合电极比电容比单一电极提高了2-5倍。具体结果如下：采用水热合成法和溶胶凝胶法分别制备了Co/Ni、Co/Mn二元金属氧化物与活性碳纤维(ACF)复合电极材料,探讨了前驱体浓度、氧化物配比、热处理温度等因素对金属氧化物形态结构和电化学性能的影响。首先采用水热合成法制备了Co/Ni二元金属氧化物与ACF复合电极材料。在低浓度条件下,Co/Ni二元氧化物以纳米线或针状生长在活性碳纤维表面,呈现为三维网络结构。浓度越高,纳米网络结构越厚,在纤维上覆盖越完整,并出现球团状结构。当前驱体中Co2+和Ni+浓度为3mM(毫摩尔每升)时复合电极比电容最高,5mA恒电流充放电时的比电容可达668.7F/g,为ACF的(125F/g)5倍以上。为了进一步探索金属氧化物的微观结构和电化学性能,随后用溶胶凝胶法将Co/Ni及Co/Mn二元金属氧化物分别与ACF复合,均获得了明显的多孔结构。对Co/Ni/ACF复合电极,当Co/Ni摩尔比为1：0.5,充放电电流为5mA时复合电极的比电容可达360.2F/g,为同样条件下Ni/ACF电极(157.9F/g)和Co/ACF电极(129.6F/g)的2-3倍。对Co/Mn/ACF复合电极,当Co/Mn摩尔比为1：2时同样条件下测得的比电容也可达298.1F/g,也明显高于单金属/ACF电极,可见不同金属氧化物间有显著的协同效应。
【作者】仲林；
【导师】曾凡龙；
【作者基本信息】东华大学，材料工程（专业学位），2014，硕士
【关键词】过渡金属氧化物；活性碳纤维；电极材料；电容特性；

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