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超级电容器NiO/介孔碳复合电极材料的制备及其性能研究

2020-11-30阅读(914)

超级电容器NiO/介孔碳复合电极材料的制备及其性能研究

论文摘要

本文以有序介孔碳为载体,采用微波-氧化、浸渍等方法在介孔碳上负载NiO,制备高比电容且循环性能稳定的超级电容器电极材料,以实现材料结构和性能之间的合理平衡。首先以介孔氧化硅SBA-15为模板合成有序介孔碳CMK-3,尝试采用微波-氧化法对CMK-3负载NiO以改善介孔碳的电容性能,并与浸渍法进行对比。ICP测试显示微波-氧化法具有快速、均匀且负载率高的优势。采用该负载方法所得复合电极材料的比电容已达295.9 F/g,高于浸渍法负载的252.6 F/g。又采用软模板法,以F127为模板剂,可溶酚醛树脂前驱体为碳源制备了有序介孔碳C-FDU-15,采用微波-氧化法负载不同量的NiO。XPS定性测试揭示:在微波辐射作用下,Ni2+转化为单质Ni和Ni（OH）2的混合体,经空气煅烧均转化为NiO,从而得到NiO/C复合电极材料。考察负载量的变化对介孔碳结构性能及电化学性能的影响,得出最佳负载量下,NiO/C的比电容可达407 F/g,增加34.3%。还尝试在合成C-FDU-15的过程中加入镍盐,经空气煅烧转变为NiO/C复合电极材料。实验结果表明NiO负载量最佳时,介孔碳C-FDU-15的比容量由307.4 F/g提高到444.1 F/g,增加44.5%,其充放电循环稳定性也得到了极大的提高。本文还简化了介孔碳球的合成路线,尝试以未经烧结的介孔SiO2球为模板,制备单分散性的有序介孔碳球。该方法得到的碳球比表面积大、粒径均匀,孔径在2～4 nm范围内可调,同时考察不同合成温度以及硅酸盐/表面活性剂在水溶液中的浓度对碳球结构的影响。采用微波-氧化法在碳球上定量负载NiO后,其比电容及循环稳定性都得到了很大的提高。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  • 1.1 引言
  • 1.2 超级电容器简介
  • 1.3 碳基超级电容器
  • 1.3.1 活性碳
  • 1.3.2 碳气凝胶
  • 1.3.3 碳纳米管
  • 1.3.4 介孔碳
  • 1.4 金属氧化物及导电聚合物准电容超级电容器
  • 1.4.1 金属氧化物准电容超级电容器
  • 1.4.2 导电聚合物准电容超级电容器
  • 1.5 本论文的研究内容
  • 第二章 硅模板制备有序介孔碳及其负载NiO 性能研究
  • 2.1 引言
  • 2.2 实验内容
  • 2.2.1 实验试剂与仪器
  • 2.2.2 CMK-3 及其负载氧化镍的合成
  • 2.2.3 电极片的制备
  • 2.2.4 CMK-3 及其负载NiO 的结构和电容性能测试
  • 2.3 介孔碳CMK-3 及其负载NiO 的结构表征结果分析
  • 2.3.1 X 射线衍射（XRD）测试结果分析
  • 2 吸脱附（BET）测试结果分析'>2.3.2 N2吸脱附（BET）测试结果分析
  • 2.3.3 透射电镜（TEM）测试结果分析
  • 2.4 介孔碳CMK-3 及其负载NiO 的电容性能结果分析
  • 2.4.1 循环伏安测试结果分析
  • 2.4.2 恒流充放电测试结果分析
  • 2.5 本章小结
  • 第三章 软模板法制备有序介孔碳及其负载NiO 性能研究
  • 3.1 引言
  • 3.2 实验内容
  • 3.2.1 实验试剂与仪器
  • 3.2.2 C-FDU-15 及其负载氧化镍的合成
  • 3.2.3 C-FDU-15 及其负载NiO 的结构和电容性能测试
  • 3.3 介孔碳C-FDU-15 微波负载NiO 的测试结果分析
  • 3.3.1 电感耦合等离子体发射光谱（ICP）测试结果分析
  • 3.3.2 X 射线光电子谱（XPS） 测试结果分析
  • 3.3.3 X 射线粉末衍射（XRD）测试结果分析
  • 2 吸脱附（BET）测试结果分析'>3.3.4 N2吸脱附（BET）测试结果分析
  • 3.3.5 透射电镜（TEM）测试结果分析
  • 3.3.6 循环伏安测试结果分析
  • 3.3.7 恒流充放电测试结果分析
  • 3.4 介孔碳C-FDU-15 原位负载NiO 的测试结果分析
  • 3.4.1 X 射线粉末衍射（XRD）测试结果分析
  • 2 吸脱附（BET）测试结果分析'>3.4.2 N2吸脱附（BET）测试结果分析
  • 3.4.3 透射电镜（TEM）测试结果分析
  • 3.4.4 循环伏安测试结果分析
  • 3.4.5 恒流充放电测试结果分析
  • 3.5 本章小结
  • 第四章 有序介孔碳球的制备及其负载NiO 的性能研究
  • 4.1 引言
  • 4.2 实验部分
  • 4.2.1 实验试剂与仪器
  • 4.2.2 介孔碳球及其负载NiO 的合成
  • 4.2.3 介孔碳球及其负载NiO 的结构表征及电容性能测试
  • 2 球及碳球的结构表征结果分析'>4.3 有序介孔Si02球及碳球的结构表征结果分析
  • 2 球及碳球的XRD 测试结果分析'>4.3.1 介孔Si02 球及碳球的XRD 测试结果分析
  • 2球及碳球的N2 吸脱附结果分析'>4.3.2 介孔Si02球及碳球的N2吸脱附结果分析
  • 2 球及碳球的SEM 及TEM 结果分析'>4.3.3 介孔Si02 球及碳球的SEM 及TEM 结果分析
  • 4.4 介孔碳球及其微波负载NiO 的电容性能结果分析
  • 4.4.1 恒流充放电测试结果分析
  • 4.4.2 循环伏安测试结果分析
  • 4.5 本章小结
  • 第五章 总结与展望
  • 5.1 总结
  • 5.2 展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 在学期间的研究成果及发表的学术论文

    • 相关论文文献

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