金属氧化物电极的静电纺丝法制备及其电化学电容性质研究

论文摘要

电化学电容器是一种介于传统电容器和电池之间的新型储能器件。电化学电容器比传统的电容器具有更高的比容量,比电池具有更高的比功率。正因为以上优点,电化学电容器逐渐成为一种备受关注的新型储能器件。本文通过静电纺丝法,以氧化镍、氧化镍/氧化锌复合材料以及氧化铜作为电化学电容器的电极,FTO作为基体,制备了不同的金属氧化物电极。并利用恒流充放电等测试手段对这些金属氧化物电极材料的电化学性质以及电容器性能进行了研究。利用静电纺丝法制备NiO电极。讨论了煅烧至不同温度时,NiO电极的电化学性质以及电容器性能。研究结果表明,煅烧温度对NiO-MFs电极的电化学性质有着重要的影响:NiO-MFs在较低温度时（300℃）,具有较高的电导率。在恒电流充放电过程中,NiO电极材料表现出良好的电容特性,此时该电极的质量比电容为298F/g。采用静电纺丝法制备NiO/ZnO复合材料电极。为了提高NiO电极的电化学电容器性能,我们希望通过掺杂另外一种氧化物来提高它的电化学性能。因此我们选择了氧化锌这种化学性质活泼,应用范围广泛的金属氧化物,并利用静电纺丝技术将其与氧化镍相结合作为氧化镍/氧化锌复合电极材料进行研究。ZnO与比其价态高的阳离子掺杂都会提高其电导率,而由于电导率的提高,最终导致NiO/ZnO复合电极的电容活性提高。研究结果表明,在NiO中掺杂ZnO所得到的复合电极材料比纯NiO电极材料拥有更好的电化学性质,电流密度为5A/g时,煅烧温度分别为300、500°C时其质量比电容分别为381 F/g和155 F/g。本章选择了CuO这种金属氧化物,利用静电纺丝技术制得CuO-MFs电极材料,并对其电化学电容性能进行了研究。通过计算得到CuO电极材料在电流密度为1A/g和5A/g时的质量比电容分别为89.71F/g和46.15F/g。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 电化学电容器简介
• 1.2 电化学电容器概述
• 1.2.1 电化学电容器的发展
• 1.2.2 电化学电容器的工作原理
• 1.2.3 电化学电容器的特点
• 1.2.4 电化学电容器的应用
• 1.3 电化学电容器电极材料研究进展
• 1.3.1 碳电极材料
• 1.3.2 金属氧化物基电极材料
• 1.3.3 导电聚合物基电极材料
• 1.3.4 复合电极材料
• 1.4 静电纺丝技术概述
• 1.5 论文选题依据
• 参考文献
• 第二章 氧化镍电化学电容器电极材料的制备与性能研究
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验仪器
• 2.2.2 实验药品
• 2.2.3 NiO 电极的制备
• 2.2.4 NiO 电极的电化学测试
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 NiO 电极材料的结构和EDX、XRD 分析
• 2.3.2 循环伏安的测试
• 2.3.3 恒电流充放电的测试
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第三章 氧化镍/氧化锌复合材料电化学电容器电极 的制备与性能研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验仪器
• 3.2.2 实验药品
• 3.2.3 NiO/ZnO 复合电极材料的制备
• 3.2.4 NiO/ZnO 复合电极材料的电化学测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 NiO/ZnO 复合电极材料的结构和 EDX、XRD 分析
• 3.3.2 循环伏安的测试
• 3.3.3 恒电流充放电的测试
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 氧化铜电化学电容器电极材料的制备与性能研究
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验仪器
• 4.2.2 实验药品
• 4.2.3 CuO 电极的制备
• 4.2.4 CuO 电极的电化学测试
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 CuO 电极材料的结构和 EDX、XRD 分析
• 4.3.2 循环伏安的测试
• 4.3.3 恒电流充放电的测试
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间公开发表论文及著作情况