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钌基金属复合氧化物电极材料的制备与研究

2020-12-01阅读(315)

钌基金属复合氧化物电极材料的制备与研究

论文摘要

近年来,超级电容器电极材料的研究引起了世界各国的广泛关注,如何提高其功率和能量密度成为研究的重点。本文的研究主要集中于制备成本低廉、性能优良和循环寿命长的钌基复合物材料。具体内容如下:1.以P123为软模板,通过一步共沉淀法成功制备出高含水量、高比表面积的介孔Co3O4/RuO2·xH2O复合氧化物（200℃热处理的复合物比表面积可达107 m2·g-1）。该复合物在1 M KOH电解液中表现出良好的电化学性能,电容值随着钌含量的增加快速增长;随着烧结温度的升高而快速下降,但循环稳定性变得更好。200℃烧结复合物的电容值可高达465 F/g。2.针对金属氧化物功率密度差的问题,制备了Co0.5Ru0.5O1.67·xH2O/MWNTs复合电极材料。实验结果表明含有50wt.% Co0.5Ru0.5O1.67·xH2O重量的复合电极材料电容值可达452 F/g,换算为纯的Co0.5Ru0.5O1.67·xH2O电容可达820 F/g,有效地提高了Co0.5Ru0.5O1.67·xH2O的利用率。基于Co0.5Ru0.5O1.67·xH2O/MWNTs的对称电容器电容可达91 F/g,在1562 W/kg的功率密度下,其能量密度仍可达11.3 Wh/kg。3.以所制备的钴钌复合氧化物和钴钌复合氧化物多壁碳管的复合材料为电极,分别研究了钴钌复合氧化物/活性碳混合电容器和钴钌复合氧化物多壁碳管的复合材料/活性碳混合电容器的电化学性能。Co3O4/RuO2·xH2O复合氧化物和活性碳混合电容器的工作电压范围为0-1.4 V,功率密度为127 W/kg时的能量密度为25 Wh/kg;Co0.5Ru0.5O1.67·xH2O/MWNTs复合物/活性碳功率密度为342 W/kg时的能量密度为10.1 Wh/kg。4.以线性酚醛树脂作为碳源,F127为模板,正硅酸乙酯为原料,通过一步聚合制备了碳硅复合物前驱体,通过HF蚀刻的方法获得了介孔有序碳硅复合物。进而以其为载体,通过溶胶-凝胶法制备了MC-Si/RuO2·xH2O复合电极材料,其电容可达262 F/g,换算为纯的RuO2电容可达1035 F/g,有效地提高了钌的利用率。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 超级电容器的研究背景及其发展现状
  • 1.2 超级电容器的定义、结构、分类及其优点
  • 1.3 超级电容器的工作原理及其特点
  • 1.3.1 双电层电容器的工作原理及其特点
  • 1.3.2 赝电容器工作原理及其特点
  • 1.3.3 混合电容器工作原理及其特点
  • 1.4 超级电容器电极材料的研究进展
  • 1.4.1 碳基电极材料的研究进展
  • 1.4.2 金属氧化物电极材料的研究进展
  • 1.5 本课题的研究内容
  • 3O4/RuO2·xH2O复合氧化物用于超级电容器'>第二章 软模板合成介孔Co3O4/RuO2·xH2O复合氧化物用于超级电容器
  • 2.1 引言
  • 2.2 实验内容
  • 2.2.1 实验试剂与仪器
  • 3O4/RuO2·xH2O 复合氧化物的制备'>2.2.2 介孔Co3O4/RuO2·xH2O 复合氧化物的制备
  • 3O4/RuO2·xH2O复合氧化物的电化学性能测试'>2.2.3 Co3O4/RuO2·xH2O复合氧化物的电化学性能测试
  • 3O4/RuO2·xH2O复合氧化物的物质结构和形貌表征'>2.2.4 Co3O4/RuO2·xH2O复合氧化物的物质结构和形貌表征
  • 2.3 实验结果和分析
  • 3O4/RuO2·xH2O复合氧化物的晶体结构和形貌分析'>2.3.1 Co3O4/RuO2·xH2O复合氧化物的晶体结构和形貌分析
  • 3O4/RuO2·xH2O复合氧化物的孔结构分析'>2.3.2 Co3O4/RuO2·xH2O复合氧化物的孔结构分析
  • 3O4/RuO2·xH2O复合氧化物的形成机理'>2.3.3 介孔Co3O4/RuO2·xH2O复合氧化物的形成机理
  • 3O4/RuO2·xH2O复合氧化物的循环伏安测试'>2.3.4 Co3O4/RuO2·xH2O复合氧化物的循环伏安测试
  • 3O4/RuO2·xH2O复合氧化物电化学性能的影响'>2.3.4.1 钴钌比例对Co3O4/RuO2·xH2O复合氧化物电化学性能的影响
  • 3O4/RuO2·xH2O复合氧化物电化学性能的影响'>2.3.4.2 介孔结构对Co3O4/RuO2·xH2O复合氧化物电化学性能的影响
  • 3O4/RuO2·xH2O复合氧化物电化学性能影响'>2.3.4.3 热处理温度对Co3O4/RuO2·xH2O复合氧化物电化学性能影响
  • 3O4/RuO2·xH2O复合氧化物的充放电测试及循环性能'>2.3.5 Co3O4/RuO2·xH2O复合氧化物的充放电测试及循环性能
  • 2.4 本章小结
  • 0.5Ru0.5O1.67·xH2O/MWNTs复合材料的电化学性能研究'>第三章 Co0.5Ru0.5O1.67·xH2O/MWNTs复合材料的电化学性能研究
  • 3.1 引言
  • 3.2 实验内容
  • 3.2.1 实验试剂与仪器
  • 0.5Ru0.5O1.67·xH2O/MWNTs 复合材料的制备'>3.2.2 Co0.5Ru0.5O1.67·xH2O/MWNTs 复合材料的制备
  • 0.5Ru0.5O1.67·xH2O/MWNTs 复合材料的物性表征'>3.2.3 Co0.5Ru0.5O1.67·xH2O/MWNTs 复合材料的物性表征
  • 3.3 实验结果和分析
  • 0.5Ru0.5O1.67·xH2O/MWNTs复合材料的结构和形貌分析'>3.3.1 Co0.5Ru0.5O1.67·xH2O/MWNTs复合材料的结构和形貌分析
  • 0.5Ru0.5O1.67·xH2O/MWNTs复合材料的电化学性能测试'>3.3.2 Co0.5Ru0.5O1.67·xH2O/MWNTs复合材料的电化学性能测试
  • 0.5Ru0.5O1.67·xH2O/MWNTs对称电容器的电化学性能测试'>3.3.3 Co0.5Ru0.5O1.67·xH2O/MWNTs对称电容器的电化学性能测试
  • 3.4 本章小结
  • 第四章 钌基复合材料/活性碳混合电容器的电化学性能研究
  • 4.1 引言
  • 4.2 实验内容
  • 4.2.1 实验试剂与仪器
  • 4.2.2 混合电容器的组装
  • 3O4/RuO2·xH2O复合物和活性碳混合电容器电化学性能'>4.2.3 Co3O4/RuO2·xH2O复合物和活性碳混合电容器电化学性能
  • 0.5Ru0.5O1.67·xH2O/MWNTs复合物和活性碳混合电容器电化学性能'>4.2.4 Co0.5Ru0.5O1.67·xH2O/MWNTs复合物和活性碳混合电容器电化学性能
  • 4.3 本章小结
  • 第五章 介孔碳硅复合材料的制备及其负载氧化钌作为电容器材料
  • 5.1 引言
  • 5.2 实验内容
  • 5.2.1 实验试剂与仪器
  • 2·xH2O复合物的制备'>5.2.2 介孔碳-氧化硅材料及其负载RuO2·xH2O复合物的制备
  • 5.2.3 工作电极的制作及其物性表征
  • 5.3 实验结果和分析
  • 5.3.1 介孔碳-氧化硅材料和介孔碳的结构和形貌分析
  • 5.3.2 介孔碳-氧化硅材料和介孔碳的电化学性能测试
  • 5.3.3 介孔碳-氧化硅负载氧化钌复合物材料电化学性能测试
  • 5.4 本章小结
  • 第六章 总结与展望
  • 6.1 总结
  • 6.2 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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