（氢）氧化钴/镍电极材料的电化学电容行为

论文摘要

目前,如何增大电化学电容器电极材料的性能和降低电极材料的成本是研究者最关心的问题。近年来,具有特殊纳米结构和超强稳定性的碳材料成为最具产业化前景的电极材料,但其存在电容值较小等问题;导电聚合物虽具有较好的电容行为,但其较差的稳定性限制了它的应用;RuO2等贵金属氧化物虽然性能优异,但价格昂贵。镍、钴等廉价过渡金属氧化物有着与贵金属氧化物相似的性能已成为目前电化学电容器的研究热点之一。本论文共分四部分:第一章综述了电化学电容器的储能机理、特点以及应用范围等,并介绍了碳基材料、金属氧化物和导电聚合物电极材料的研究进展以及混合电容器研究的最新情况;同时概述了水热-微乳液法和均匀沉淀法的原理。最后提出自己对电化学电容器电极材料研究设想和方法。第二章介绍了采用水热-微乳液法合成基于Co3O4电极材料的电化学性能研究。1、利用水热-微乳液法可控合成具有不同特殊形貌的Co3O4电极材料。电化学测试表明通过调节水热反应时间可以实现对产物形貌以及电化学性能的控制。同时,在制备Co3O4电极中添加乙炔黑提高了Co3O4电极的电化学性能。2、利用水热-微乳液法合成不同Co/Ni摩尔比例的混合氧化物。电化学测试显示,该混合氧化物的形貌和电化学性质与Co/Ni的摩尔比例有很大的关系。第三章为水热-微乳液法制备Ni（OH）2电极材料的电化学电容行为的研究。分为两部分:1、以十二烷基硫酸钠（SDS）为表面活性剂通过水热-微乳液法得到了高比容量的β-Ni（OH）2电极材料。电化学测试发现,表面活性剂（SDS）的浓度不但影响材料的形貌,而且会影响电极的电化学性能。2、以十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）为表面活性剂利用水热-微乳液法合成了具有胡须状结构的水合氢氧化镍电极材料。测试结果表明,通过调节表面活性剂（CTAB）和沉淀剂（尿素）的浓度能使产物形成表面带有均匀胡须状物的颗粒,电极材料所具有的这种特殊结构使其比电容高达1962F/g。第四章介绍了利用均匀沉淀法合成基于Co（OH）2电极材料的电化学电容行为,分三部分:1、采用均匀沉淀法制得了α-Co（OH）2电极材料,结果显示,在表面活性剂Tween-80作用下所得Co（OH）2形貌类似花朵,这种特殊结构促进了电极的电化学反应,提高了其电化学性能。2、利用均匀沉淀法在不同摩尔比例的Co/Al溶液中制备了钴、铝双氢氧化物电极材料。电化学测试表明,Al的掺杂显著的提高了纯Co（OH）2电极的电化学电容性能;同时电极材料的电化学性质依赖于Co/Al的摩尔比例。3、研究了钴、铝双氢氧化物电极作为正极材料、活性碳为负极材料的混合电容器的电化学性质。结果表明,该混合电容器在1.4V的电位窗口内显示了十分优异的电化学性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 电化学电容器的发展概述
• 1.3 电化学电容器的工作原理
• 1.3.1 双电层电容器
• 1.3.2 法拉第准电容器
• 1.3.3 混合电化学电容器
• 1.4 电化学电容器的特点
• 1.5 电化学电容器电极材料的研究进展
• 1.5.1 碳电极材料
• 1.5.2 金属氧化物电极材料
• 1.5.3 导电聚合物电极材料
• 1.6 电化学电容器电解液的研究进展
• 1.7 混合电容器的研究
• 1.8 电化学电容器的应用
• 1.9 水热-微乳液法的概述
• 2.0 均匀沉淀法的概述
• 2.1 本文设想与研究目的
• 第二章 水热-微乳液法合成基于四氧化三钴电极材料的研究
• 第一节 水热-微乳液法可控合成四氧化三钴电极材料以及电容特性
• 2.1.1 实验部分
• 2.1.1.1 试剂与仪器
• 3O₄的制备'>2.1.1.2 不同形貌Co₃O₄的制备
• 2.1.1.3 材料的电化学测试
• 2.1.2 结果与讨论
• 2.1.2.1 电极材料的结构和形貌分析
• 2.1.2.2 循环伏安测试
• 2.1.2.3 充放电测试
• 2.1.2.4 交流阻抗测试
• 2.1.3 小结
• 3O₄电极电容特性的影响'>第二节 乙炔黑对Co₃O₄电极电容特性的影响
• 2.2.1 实验部分
• 2.2.1.1 试剂与仪器
• 3O₄电极的制备'>2.2.1.2 Co₃O₄电极的制备
• 2.2.1.3 电极的电化学测试
• 2.2.2 结果与讨论
• 2.2.2.1 循环伏安测试
• 2.2.2.2 恒流充放电测试
• 2.2.2.3 交流阻抗测试
• 2.2.3 小结
• 第三节 水热-微乳液法制备钴、镍混合氧化物电极材料及其电化学电容性能研究
• 2.3.1 实验部分
• 2.3.1.1 试剂与仪器
• 2.3.1.2 钴、镍混合氧化物的制备
• 2.3.1.3 钴、镍混合氧化物的电化学测试
• 2.3.2 实验部分
• 2.3.2.1 电极材料的结构和形貌分析
• 2.3.2.2 循环伏安测试
• 2.3.2.3 恒电流充放电测试
• 2.3.2.4 交流阻抗测试
• 2.3.3 小结
• 第三章 水热-微乳液法制备氢氧化镍电极材料及其电化学电容性质
• 2及其电化学性能'>第一节 水热-微乳液法制备β-Ni（OH）₂及其电化学性能
• 3.1.1 实验部分
• 3.1.1.1 试剂与仪器
• 2的制备'>3.1.1.2 Ni（OH）₂的制备
• 2电极的制备及电化学表征'>3.1.1.3 Ni（OH）₂电极的制备及电化学表征
• 3.1.2 结果与讨论
• 2的XRD图'>3.1.2.1 不同SDS浓度下生成的Ni（OH）₂的XRD图
• 3.1.2.2 SDS浓度对产物形貌的影响
• 3.1.2.3 SDS浓度对产物循环伏安的影响
• 3.1.2.4 SDS浓度对产物充放电的影响
• 3.1.3 小结
• 2及其电化学电容行为'>第二节 水热微乳液法制备水合Ni（OH）₂及其电化学电容行为
• 3.2.1 实验部分
• 3.2.1.1 试剂与仪器
• 2的制备'>3.2.1.2 水合Ni（oH）₂的制备
• 3.2.1.3 氮气吸附-脱附分析
• 2电极的制备及表征'>3.2.1.4 水合Ni（OH）₂电极的制备及表征
• 3.2.2 结果与讨论
• 3.2.2.1 反应机理
• 3.2.2.2 表面活性剂CTAB浓度的影响
• 2的XRD图'>3.2.2.2.1 不同CTAB浓度下生成的水合Ni（oH）₂的XRD图
• 2形貌的影响'>3.2.2.2.2 CTAB浓度对生成的水合Ni（OH）₂形貌的影响
• 2电极循环伏安的影响'>3.2.2.2.3 CTAB浓度对水合Ni（OH）₂电极循环伏安的影响
• 2电极恒流放电性能的影响'>3.2.2.2.4 CTAB浓度对水合Ni（OH）₂电极恒流放电性能的影响
• 3.2.2.3 沉淀剂尿素含量的影响
• 2的XRD图'>3.2.2.3.1 不同尿素含量所得水合Ni（OH）₂的XRD图
• 2形貌的影响'>3.2.2.3.2 尿素含量对生成的水合Ni（OH）₂形貌的影响
• 2电极循环伏安的影响'>3.2.2.3.3 尿素含量对生成的水合Ni（OH）₂电极循环伏安的影响
• 2电极恒流放电性能的影响'>3.2.2.3.4 尿素含量对水合Ni（OH）₂电极恒流放电性能的影响
• 3.2.3 小结
• 2电极材料的制备及其电化学性能'>第四章 基于Co（OH）₂电极材料的制备及其电化学性能
• 2电化学电容器材料的研究'>第一节 采用均匀沉淀法合成Co（OH）₂电化学电容器材料的研究
• 4.1.1 实验部分
• 4.1.1.1 试剂与仪器
• 2的制备'>4.1.1.2 Co（OH）₂的制备
• 2电极材料的制备及电化学性能测试'>4.1.1.3 Co（OH）₂电极材料的制备及电化学性能测试
• 4.1.2 结果与讨论
• 4.1.2.1 反应机理
• 4.1.2.2 电极材料的结构和形貌测试
• 4.1.2.3 循环伏安测试
• 4.1.2.4 充放电测试
• 4.1.2.5 交流阻抗测试
• 4.1.3 小结
• 第二节 采用均匀沉淀法合成CoAl双氢氧化物及其电化学行为
• 4.2.1 实验部分
• 4.2.1.1 试剂与仪器
• 4.2.1.2 CoAl双氢氧化物的制备
• 4.2.1.3 CoAl双氢氧化物电极的制备及电化学性能测试
• 4.2.2 结果与讨论
• 4.2.2.1 电极材料的结构和形貌分析
• 4.2.2.2 循环伏安测试
• 4.2.2.3 充放电测试
• 4.2.3 小结
• 第三节 CoAl双氢氧化物和活性炭组成混合电化学电容器的研究
• 4.3.1 实验部分
• 4.3.1.1 试剂与仪器
• 4.3.1.2 CoAl双氢氧化物的制备
• 4.3.1.3 活性炭的物理化学活化
• 4.3.1.4 CoAl双氢氧化物/AC混合电容器的电化学性能测试
• 4.3.2 结果与讨论
• 4.3.2.1 电极材料的结构和形貌测试
• 4.3.2.2 CoAl双氢氧化物和活性炭单电极的电化学测试
• 4.3.2.3 混合电容器的电化学测试
• 4.3.3 小结
• 结论
• 参考文献
• 在读期间发表论文清单
• 致谢