一、纳米金属氧化物的制备及其超级电容特性研究(论文文献综述)
毛小琦[1](2021)在《过渡金属Co-X(X=Mo,Cu)硫化物和氧化物的协同耦合及其超级电容性能研究》文中进行了进一步梳理超级电容器具有高放电功率,快速充放电速率和超长循环寿命,环境友好等诸多特性而受到研究者的广泛关注。目前,以碳基材料、导电聚合物以及过渡金属氧化物/氢氧化物为主的超级电容器电极材料因能量密度低、循化稳定性差和电子转移速度缓慢的原因而不能满足人类实际应用需求。因此,开发新型的电极材料,提高电极材料的储能能量密度和稳定性显得非常重要。本论文根据过渡金属Co-X(X=Mo,Cu)硫化物和氧化物协同耦合作用,制备出了几种新型过渡金属硫化物与氧化物复合的电极材料,并将它们应用于超级电容器,经过电化学测试,它们表现出优良的储能特性,具体内容表述如下:1.采用水热法制备了球形花簇结构的Co-Mo-O-S复合材料。当放电电流密度为1A·g-1时,Co-Mo-O-S的比电容为1142 F·g-1。初始电容在3000圈充放电循环后仅损失9%。该项工作通过合理控制硫化时间、硫化温度和硫离子浓度,制备出了形貌规整且分散均匀的Co-Mo-O-S(Co3S4,Mo S2和Mo8O23)复合材料。当以Co-Mo-O-S和还原氧化石墨烯(r GO)分别作正负极时,组装的水系非对称超级电容器能够提供67.6Wh·kg-1的高能量密度,因此Co-Mo-O-S有望在储能材料领域中得到广泛应用。2.在泡沫镍(NF)基底上生长出一种形貌稳定可控的核壳纳米棒状Cu Co2S4@Co Mo O4复合材料。所制备样品在1 m A·cm-2的电流密度下具有2058F·g-1(5557 m F·cm-2)的超高比电容;当以正极材料Cu Co2S4@Co Mo O4和涂敷在NF上的负极材料活性炭(AC@NF)并组装成水系非对称超电器件时,该器件能够在198.8W·kg-1的功率密度下表现出45.73 Wh·kg-1的最大能量密度;在3000次循环后具有83%的电容保持率;通过第一性原理(DFT)计算证实了Cu Co2S4与Co Mo O4的偶联可以改善电化学性能。3.采用水热法和静置沉淀自组装制备了一种具有三维柔性自支撑异质结构的Mo S2-Cu2O@Ti3C2复合材料。通过在Ti3C2表面负载Mo S2纳米片后,在Ti3C2-Mo S2层间隙填充硬质Cu2O,能够同时提升复合材料的比电容和循环稳定性。由正极Mo S2-Cu2O@Ti3C2和负极活性炭(AC)组成的柔性准固态非对称超电器件在103W·Kg-1的比功率下表现出60.5 Wh·kg-1的最大能量密度,在3000圈循环后保持大约90%的初始比电容,并在不同弯折角度下表现出优异的机械柔性。该研究为开发电化学性能优异的超级电容器柔性电极材料提供了新的思路。
韦赓[2](2021)在《钴基氧化物纳米阵列电极材料的构建及其超级电容性能研究》文中研究说明新能源及相关应用产业的快速发展极大促进了高性能的电化学储能器件和电极材料研究。在各种电化学储能器件中,超级电容器是一种侧重于高功率型器件,具有功率密度高、充放电速度快、倍率性能优异等优点,在能源转换与存储等诸多领域有着广泛的应用。但是,由于能量密度过低,超级电容器的发展受到了极大的制约。电极材料是影响超级电容器性能的决定性因素之一。因此,开发高性能的电极材料是超级电容器领域的重点研究课题。钴基氧化物具有较高的理论比容量值、多价态和丰富的储量等优点,对能量密度的提升有显着的优势。但过低的导电性导致钴基氧化物的实际比电容远低于理论值,且较差的循环性能也难以满足超级电容器的要求。本文通过水热法构筑形貌丰富的纳米阵列结构来缓解钴基氧化物材料的不足。此外,钴基氧化物与石墨烯或钼基材料构成复合材料则进一步提升钴基氧化物的储能性能。本文主要研究内容和结果如下:(1)通过水热法在泡沫镍上构筑Co3O4纳米线/纳米片复合阵列结构。纳米线与纳米片阵列的结合有效提高Co3O4材料的导电性、比表面积和电化学活性,从而改善材料的电化学性能。在1 A g-1的电流密度下,其比电容可达2053.1 F g-1。由Co3O4异质纳米阵列材料及氮掺杂还原氧化石墨烯组成的混合型超级电容器器件的最高比能量为22.2 Wh kg-1,经过10000次循环后的比电容保持率为93.3%,展现出优异的循环稳定性能。(2)通过两次水热法在泡沫镍支撑的石墨烯框架上制备出具有长径比的超细NixCo3-xO4纳米线阵列。相互交叉的纳米线构成独特的网络结构,有效增加材料的比表面积和活性位点,促进与电解液充分接触,实现了电子快速传输和离子扩散,从而提高电化学储能性能。在网状纳米线阵列结构和石墨烯的协同作用下,NixCo3-xO4纳米线阵列材料的比电容量高达2619.4 F g-1,远大于一次水热法制备的纳米片阵列结构的比电容(1632.4 F g-1)和两次水热法制备的纯纳米线阵列结构的比电容(1950.7 F g-1)。基于NixCo3-xO4/石墨烯纳米线阵列的混合型超级电容器最高比能量为24.8 Wh kg-1。经过8000次循环后,器件比电容保持率为90.3%。结果表明NixCo3-xO4纳米线阵列作为正极材料在超级电容器中具有很大的应用潜力。(3)首先通过水热法制备出镍钴双金属氧化物前驱体,然后在此基础上,仅以Na2MoO4溶液为反应溶液进行二次水热反应原位合成Ni-Co-Mo三金属氧化物超薄纳米片阵列结构。两步水热法有效减小了纳米片的厚度,而且Mo元素的引入有助于提高电极材料的导电性。从而改善了Ni-Co氧化物纳米片电极材料的电化学储能性能。因此,Ni-Co-Mo氧化物复合材料在1 A g-1的电流密度下的比电容为1837.7 F g-1。经过6000次循环后,比电容量保持率可达81.2%。结果表明,Ni-Co-Mo氧化物超薄纳米片复合材料具有较高的比电容和优异的循环稳定性能。
邹如意[3](2021)在《钴基复合材料的制备及其电容性能的研究》文中指出钴基材料作为超级电容器储能介质具有较高理论容量,但在应用中其倍率性能和功率密度受到多种因素限制,而且,基于钴离子氧化还原反应的储能方式,钴基材料的结构易发生变化而影响电极的循环稳定性。对此,本文开展了系列钴基新型材料设计和构建工作,内容具体如下:(1)以海带作为碳源制备具有网状结构的生物质碳(SGBC),进一步结合溶剂热和热解方法将Co3O4纳米颗粒修饰在SGBC上形成Co3O4@SGBC复合材料。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线粉末衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)和N2吸附-脱附分析等不同方法表征了复合材料的结构和性能。用Co3O4@SGBC复合材料构建的电极可获得较高的比电容和出色的循环稳定性,当电流密度为0.5 A·g-1时比电容为1212.4 F·g-1,且在10000次循环后在2 A·g-1时的容量保持率为99.5%。其电化学性能优于纯Co3O4纳米颗粒和纯SGBC电极。此外,以Co3O4@SGBC为正极,SGBC为负极,构建了不对称超级电容器系统。该双电极系统在功率密度为700 W·kg-1时,能量密度达59.82 Wh·kg-1,此良好的性能适于高效储能装置的应用。(2)以蛋黄果(Lucuma nervosa A.D.C.)核壳衍生碳为载体,以酞菁钴(Ⅱ)为钴源,结合溶剂热和热分解法合成了碳负载氧化钴纳米颗粒复合材料(Co3O4@EPC)。表征结果证明Co3O4@EPC中50~80 nm的Co3O4球形晶粒与和非晶态为主的EPC稳定结合。N2吸附-脱附等温线测定Co3O4@EPC的比表面积为87.88 m2·g-1。采用电化学阻抗谱(EIS)、循环伏安法(CV)和恒电流充放电法(GCD)对Co3O4@EPC的电容性能进行了分析,电流密度为 0.5 A·g-1 时,Co3O4@EPC 的最大比电容为 781.56F·g-1。将 Co3O4@EPC 和 EPC 直接用作正、负电极构建的二电极体系Co3O4@EPC//EPC在功率密度为1333 W·kg-1时,能量密度高达32.8 Wh·kg-1,在1OA·g-1的电流密度下,Co3O4@EPC//EPC经20000次循环后的容量保持在96.7%。(3)合成了用于超级电容的系列海藻酸钠衍生碳包覆Co3V2O8复合材料。表征结果显示复合材料中的Co3V2O8组分为斜方晶系,Co3V2O8的占比越大,复合材料的比表面积和孔容越小。电化学检测证实复合材料中碳与Co3V2O8比例不同导致了各材料间的性能有差异,其中CoVC2具有最佳的电容性能,在6 MKOH溶液中,0.5A·g-1的电流密度下的比容量达1198.45 F·g-1,以CoVC2正极和CoVCO负极构建的CoVC2//CoVCO装置在1.4 V的工作电位窗口内,功率密度为700 W·kg-1时可以提供最大能量密度为60.95 Wh·kg-1,功率密度为5600 W·kg-1时,仍保有30.39 Wh·kg-1的能量密度。经10000次充电放电循环后电容保留率达80.15%。说明CoVC2//CoVCO装置具有广阔的应用前景。(4)通过在水热反应体系中加入丁二酸和乙二醇,制备了具有多级结构的棘球状前驱体Co(PO3)2,经500℃和700℃煅烧分别得到两种结晶度不同的Co2P2O7产物500P-Co和700P-Co。经仪器表征表明,两产物为结晶程度不同的Co2P2O7。分别以500P-Co和700P-Co构建的电容电极经电化学测试,在电流密度为1 A·g-1时,比电容分别为731.52和230.45 F·g-1,这归功于残留在500P-Co中的衍生碳对其电容性能强化。在6 A·g-1的电流密度下,经过4000次循环后,500P-Co和700P-Co电极的比电容保持在初始电容的109.5%和98.1%,表明两个电极均具有良好的稳定性能。500P-Co与多孔活性碳负极组装成的非对称超级电容器设备500P-Co//AC,在功率密度为3259.8 W·kg-1时可提供能量密度为 171.6 Wh kg-1,优于 700P-Co//AC(2110.9 W·kg-1 时为 64.1 Wh·kg)。(5)用N-羟基丁二酰亚胺与Co2+合成了一种四方双锥形配合物作为前驱体,先后在氮氛和空气氛环境热分解生成系列Co3O4@N-Cx(x=6、7、8、9)。表征结果显示Co3O4@N-Cx是掺有N、C杂原子的立方晶Co3O4,形貌呈花状,由极薄的片层结构组成。其中Co3O4@N-C8的电化学性能最优,在1 A·g-1时的比电容为1123.45 F·g-1。以Co3O4@N-C8正极和EPC(蛋黄果核壳衍生碳)负极构建的Co3O4@N-C8//EPC装置性能优越,在功率密度为600 W·kg-1时,能量密度可以达32.8 Wh·kg-1,10 A·g-1的电流密度下经5000次GCD循环后的容量保持在初始值的95.76%。
陈维健[4](2021)在《二维材料的湿化学法制备及其电化学性能研究》文中研究指明二维材料因具有较大的横向尺寸、较高的比表面积、丰富的表面活性位点等优点,使其在催化、电子设备等领域引起越来越多的关注。本论文通过湿化学合成法自下而上地制备了三种具备导电性质的二维材料,将其用作超级电容器电极材料和析氧反应(OER)电催化剂,表现出优良的电化学性能,可进行能量转换和存储以及开发绿色新型能源,并对解决能源危机和缓解温室效应有一定意义和影响。具体研究内容如下:(一)十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为表面活性剂,在特定浓度的盐酸水溶液中会定向排列自组装形成层状胶束,该层状胶束作为结构定向软模板,将吸附在胶束内部的1,8-二氨基萘单体限制在二维空间内,使用过硫酸铵引发聚合反应得到聚(1,8-二氨基萘)纳米片。该二维导电聚合物纳米片的比表面积较大、孔结构优异,应用为超级电容器电极材料表现出良好的电容性能。此外,通过调节盐酸水溶液的浓度,制备出不同形貌和厚度的聚合物纳米片。(二)使用反相微乳液法自下而上地制备了一种超薄钴基纳米片,其外观呈现较为规整的矩形,横向尺寸在500 nm-3 μm之间,厚度仅4-5 nm。反相微乳液中的微小水液滴相当于一个个“纳米反应器”,水相中有限的前驱体浓度可以有效防止产物的过度生长和堆叠,从而可以得到超薄纳米片。通过控制反应时间可以得到不同厚度和尺寸的纳米片,随着反应时间的延长,纳米片变厚,尺寸变大。超薄纳米片用作赝电容电极材料和OER电催化剂双功能材料,表现出优异的电化学性能。(三)将有机配体2,4-二氨基-6-苯基-1,3,5-三嗪与过渡金属离子Ni2+在热乙醇中通过简单搅拌得到了一种具有超大横向尺寸的二维三嗪-镍配位聚合物。形成超大二维网络结构的原因在于配体间存在丰富的氢键相互作用,而且配体骨架结构较大,仅需较少的金属离子节点便可形成具备超大横向尺寸的配位聚合物。将制备的二维配位聚合物在氮气氛围下进行热解,并探究不同热解温度对OER催化性能的影响。
朱院强[5](2021)在《聚苯胺复合电极材料制备及超级电容性能研究》文中研究表明超级电容器是一种介于传统电容器与化学电池之间性能优异的新型储能器件,超级电容器可有效改善二次电池的低能量密度和功率密度,成为电化学储能器件领域的研究热点,其中电极材料的选择对超级电容器的性能优劣起着决定性的作用,它决定着储能器件的主要性能指标,如能量密度、功率密度和循环稳定性等。导电聚合物聚苯胺(PANI)由于良好的导电性和高的赝电容储能已成为超级电容器电极材料的主要选择,但PANI复杂多变的微观结构和聚合物链在充放电过程中的溶胀收缩现象会严重影响PANI赝电容及循环稳定性。本论文主要针对PANI复合电极材料进行设计合成,以期得到具有优异电化学性能的电极材料。研究工作将PANI与γ晶型二氧化锰(γ-MnO2)、碳纤维(CF)和碳布(CC)等材料复合构成二元或三元复合材料,增强复合材料组分间的相互作用和构筑柔性超级电容器,为高性能超级电容器的实际应用提供新的研究思路,主要研究内容如下:(1)利用水热法制备了α和γ晶型MnO2,将制备的α-MnO2和γ-MnO2和苯胺利用原位聚合法合成了α-MnO2/PANI和γ-MnO2/PANI复合电极材料,其中g-MnO2/PANI复合电极材料表现出优异的电化学性能。测试了g-MnO2/PANI复合电极材料的微观结构和在不同电解液中的电化学性能。结果表明:γ-MnO2在酸性电解液中有一定的稳定性,将其引入PANI明显提升了PANI的比容量和循环稳定性,在0.5 M H2SO4的电解液中,电流密度为1Ag-1时,g-MnO2/PANI复合电极材料比容量可达580.2 F g-1,当电流密度从1 Ag-1增加到5Ag-1时,其倍率性能为70.5%。g-MnO2/PANI复合电极和活性炭(AC)组装成非对称电容器,在1 A g-1的电流密度下能量密度为66.4 Wh kg-1时,功率密度为350.1 W kg-1,在电流密度为5 Ag-1时经过3000次循环比电容保持为78.65%。(2)利用水热反应在CF表面负载γ-MnO2,然后与苯胺在低温下化学原位聚合制备CF/MnO2/PANI复合材料,测试了CF/MnO2/PANI复合电极材料的微观结构和电化学性能。结果表明:CF/MnO2/PANI复合电极材料的电化学性能明显优于CF/PANI和PANI,在1Ag-1的电流密度下,CF/MnO2/PANI复合材料比电容为654.3 Fg-1,当电流密度从1 Ag-1增加到10 Ag-1时,其倍率性能为78.1%。其中片状和颗粒状的g-MnO2负载在CF表面并被PANI包覆,有效提高了MnO2和PANI的利用率。CF/MnO2/PANI电极材料和AC组装成非对称电容器,在1 Ag-1的电流密度下能量密度为30.9 Wh kg-1时,功率密度为750 W kg-1,在电流密度为5 Ag-1时经过5000次循环比电容保持为73.2%。(3)利用水热反应在CC表面负载g-MnO2并通过电聚合方法在其表面包覆PANI,制备CC/MnO2/PANI复合电极材料。测试了CC/MnO2/PANI复合电极材料的微观结构和电化学性能。结果表明:CC/MnO2/PANI复合电极材料表现出明显优于CC/PANI和CC的电化学性能,在1 mA cm-2的电流密度下,CC/MnO2/PANI复合电极的比电容为1105 mF cm-2,当电流密度从1 mA cm-2增加到10 mA cm-2时,其倍率性能为72.3%。将CC/MnO2/PANI复合电极材料和CC/MnO2组装非对称柔性超级电容器,电压窗口可扩展到1.5 V。在1mA cm-2的电流密度下能量密度为1.5 m Wh cm-3时,功率密度为10.4 mW cm-3,在电流密度为5 mA cm-2时经过2000次循环比电容保持为87.1%。
易可心[6](2021)在《基于高质量负载MnO2/MXene的高性能超级电容储能研究》文中指出作为新兴发展的储能装置,超级电容具备一系列独特优势,能满足新能源产业的一些应用对能量储存的发展需求。MnO2由于无毒无害和储量丰富成本低等优点,是应用最广泛的赝电容电极材料之一。MnO2的低电导率严重影响了其在储能方面的应用,因此近年来越来越多的研究将其与高导电基底复合从而提升电化学性能。然而,以往研究中表现出优异性能的MnO2复合电极往往是MnO2质量负载较低的超薄电极,达不到实际应用的要求。因此,如何提升MnO2负载量并保证超级电容的电化学性能以适应实际需求成为亟待解决的问题。作为新型二维纳米材料,过渡金属碳氮化物(MXene)具有高电导率和亲水性等特性。实验证明,MXene可扩展为适合负载活性物质的三维结构,且与过渡金属氧化物结合可提升储能能力。因此,MXene有望与MnO2复合,在实现MnO2高质量负载的同时保持高电化学性能。本文成功制备了高质量负载的MnO2/MXene复合电极材料,并将其组装为超级电容开展研究。通过水热法制备了三维多孔结构的MXene气凝胶基底,同时制备氧化还原石墨烯(rGO)气凝胶进行对比实验,随后利用电化学沉积法在气凝胶骨架表面生长出密集网状结构的MnO2。MXene的强亲水性使MnO2在气凝胶内外部均匀沉积,同时,MXene表面的大量官能团提供活性位点供MnO2附着生长。MXene通过共价键与MnO2紧密连接,加速了电子传输,说明MXene气凝胶适合作为负载MnO2的基底材料。与MnO2/rGO相比,MnO2/MXene的质量比容是其两倍以上,最高可达448F/g。MnO2/MXene拥有更小的内阻和接触电阻,其电子传导能力和离子转移速度均优于MnO2/rGO。MnO2/MXene的电荷存储过程主要由快速的电容过程主导,因此MnO2/MXene表现出更好的倍率性能和循环稳定性。对MnO2/MXene而言,MnO2的最佳负载量为1.76 mg/cm2,当MnO2负载量升至10.04 mg/cm2时电极仍能保持204 F/g的质量比容及2.06 F/cm2的面积比容,证明了高质量负载时MnO2/MXene仍保持良好的电化学性能。MnO2/MXene与MXene组装得到的非对称超级电容展现出2 V的宽电压窗口,其能量密度最高可达50 Wh/kg。
赵洋[7](2021)在《过渡金属化合物与碳基超级电容器的制备及性能研究》文中进行了进一步梳理随着化石能源的日益枯竭和新能源体系的快速发展,社会各领域对储能装置都提出了更高的要求。除了太阳能、潮汐能和混合电动汽车等民用领域,在重型卡车、激光探测器等军事领域同样需求具备高能量密度、可实现快速充放电和超长使用寿命特点的储能装置。然而,广泛应用的二次电池和传统电容器很难同时满足社会的要求。因此,兼具高功率密度和超长循环使用寿命的超级电容器应运而生。虽然超级电容器已经应用在新能源汽车、便携式电子产品和智能电力系统等领域,但相对较低的能量密度仍然制约着其广泛的商业应用。超级电容器的能量密度与其比容量和电势窗口成正比例关系,改善电极活性材料的电荷储存特性和扩展装置的稳定电势窗口是提高能量密度的关键。在此基础上,本论文以构筑电化学性能出色的镍钴基过渡金属化合物正极和三维多孔碳负极,以及组装储能性能优越的超级电容器装置为主要研究目标,通过材料制备新方法、微观形貌调控和表面功能化等途径可控制备比容量高、倍率性能优异和长循环寿命的正/负极活性材料,进而构建高能量密度的水系对称/非对称超级电容器装置,具体研究内容如下:(1)为提高过渡金属磷化物的电化学循环稳定性,本研究以过渡金属磷化物为正极与生物质衍生的杂原子掺杂多孔碳为负极,相互匹配构筑了非对称超级电容器。在油胺和1-十八烯混合有机溶剂中,以商用泡沫镍(镍源)和三苯基膦(磷源)为反应源,利用新颖的一步胶体磷化策略合成了Ni2P/泡沫镍(Ni2P/NF)正极。Ni2P/NF正极在1 A·g-1电流密度下的比容量高达1032 C·g-1(2293 F·g-1)。此外,研究发现Ni2P/NF电极在循环充放电过程中的微观纳米结构出现由三维到二维的转变,使其表现出优异的电化学稳定性,在循环充放电10000次后其容量保持率仍可达到88%。另一方面,通过浓硫酸预碳化与高温KOH活化碳化的耦合技术路线制备了生物质废弃物衍生的硫掺杂分级多孔活性炭(HPAC)。研究发现,HPAC-800具有较高的比表面积(1437.89 m2·g-1)和表面硫掺杂量,构建的Ni2P/NF//HPAC-800非对称超级电容器输出的最大质量能量密度为42.2 Wh·kg-1,并且具有10000次的稳定循环使用寿命。(2)类沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs)具有良好的结构灵活性,为设计具备高比表面积和丰富法拉第活性中心特征的电极材料提供了全新模板。本研究以ZIF-67为模板通过“一变二”的构建策略制备了CuCo2S4正极和杂原子掺杂的碳多面体负极,并组装了高能量密度非对称超级电容器。以ZIF-67为牺牲模板通过低温回流和溶剂热反应制备了CuCo2S4褶皱纳米花。CuCo2S4正极在1 A·g-1时的比容量为672 C·g-1(1344 F·g-1),循环5000次后的初始容量保持率为93.1%。另一方面,以ZIF-67为合成模板通过高温煅烧和水热反应制备了氮/氟官能团表面修饰的三维多孔碳多面体(NFHPC)。NFHPC负极在1 A·g-1时的比容量为305 F·g-1,在20 A·g-1下的倍率性能为76.7%,循环充放电寿命长达5000次。构建的CuCo2S4//NFHPC非对称超级电容器的最大输出能量密度高达55.1 Wh·kg-1,并且在5000次循环充放电后的初始容量保持率可达91.1%。(3)尖晶石型过渡金属氧化物与过渡金属磷化物/硫化物具有相似的电化学储能行为,是一类很有研究价值的高性能电极活性材料。然而,该类材料本征电导率较低,缺乏电化学活性中心,限制了其电化学性能的提高。本研究采用牺牲金属有机骨架凝胶模板和低温Na H2PO2·H2O热处理的技术路线,制备了表面磷酸根阴离子功能化,且富含氧空位的P-FeCo2O4-x。P-FeCo2O4-x在引入磷酸根离子的过程中,不仅提高了表面电化学活性,而且改善了电荷储存能力。受益于上述优点,P-FeCo2O4-x电极在1 A·g-1下具有784.4 C·g-1(1568.8 F·g-1)的高比容量,并且在5000次循环充放电后的初始容量保持率高达93.3%。构建的P-FeCo2O4-x//AC非对称超级电容器具有出色的电化学电容性能,在800 W·kg-1的功率密度下的能量密度高达60.2 Wh·kg-1,以及较长的稳定循环使用寿命。(4)多孔碳电极广泛应用于商用超级电容器,然而基于对HPAC与NFHPC的研究可知,多孔碳材料存在制备方法复杂、耗能高和活化模板难去除的问题。因此,以廉价生物质为原料,通过适宜的活化方法构筑杂原子官能团表面修饰的多孔碳材料对碳基电容器的可持续发展具有重要意义。本研究提出了以生物质有机前驱体为碳源,碱式碳酸熔盐([Zn CO3]2·[Zn(OH)2]3)为活化模板合成氮/氧共掺杂的三维碳纳米泡沫(ZCH-PC)的技术路线。[Zn CO3]2·[Zn(OH)2]3活化模板可有效的调控碳材料的多孔结构,促进表面杂原子基团的引入,使得ZCH-PC具有优异的孔径分布、高比表面积和丰富的氮/氧基团。ZCH-PC电极在0.5 A·g-1时表现出367F·g-1的高比容量,在10 A·g-1下循环充放电10000次后其比容量仅损失了3.8%。更为重要的是,构建的ZCH-PC//ZCH-PC对称超级电容器输出的最大能量密度可以达到24.6 Wh·kg-1,并且稳定循环使用寿命长达10000次。
况文豪[8](2021)在《利用废弃油一步式制备垂直石墨烯及超级电容器应用研究》文中认为超级电容作为一种新型的能量储存元件凭借其功率密度高、充放电快和循环稳定性强的优点吸引了国内外的广泛关注。其中,电极材料是影响储能性能的关键因素,垂直石墨烯凭借独特的取向性结构、巨大的比表面积以及极佳的导电性被认为是理想的电极材料。目前,垂直石墨烯主要通过等离子体增强化学气相沉积技术(PECVD)制备得到。传统的PECVD方法一般在高温下采用甲烷、乙炔等化石能源作为碳源,并通入氢气等辅助气体作为刻蚀剂对生长初期基底上形成的不定型碳进行刻蚀。然而,这些烃类和氢气前驱体的使用会导致化石燃料的快速消耗和相当高的经济成本,在恶劣环境(如500~800℃)下易爆性可能带来严重后果安全问题。本文采用废弃油为前驱体,使用氩气电感耦合等离子体(ICP)实现了垂直石墨烯一步式高效、低成本制备。该系统中,氩气可以提高电子的能量以及等离子体的电离率。废弃油中的长链有机物在高能等离子体作用下断裂并形成垂直石墨烯生长所需的活性基团。单次生长可得到大面积的垂直石墨烯(12×3.5 cm2)。实验表明,以废弃油为前驱体生长的垂直石墨烯表现出了比传统方法制备的垂直石墨烯更好的垂直取向性、更高的生长速率以及更丰富的边缘结构。电化学测试中,基于废弃油的垂直石墨烯表现出了较高的比电容、极佳的导电性、频率响应性能和循环特性。700℃生长的样品比电容为4.1 m F cm-2(10 m V s-1),约为传统垂直石墨烯的2倍,并拥有更好的倍率性能和高效的交流滤波能力(120 Hz时的RC时间常数为163μs)。经济分析表明,以该方法制备垂直石墨烯的总成本可降低32%左右。此外,由于丰富的边缘结构,垂直石墨烯可作为金属氧化物的高导电性骨架,通过化学沉积法制备的Mn O2/VGs复合材料具有优异的储能性能,功率密度为1.14 kw kg-1时的能量密度为33.5 wh kg-1,能量密度为21.4 wh kg-1时的功率密度为11.4 kw kg-1。本工作为低成本、安全环保制备高质量垂直石墨烯提供了思路。
陈君[9](2020)在《碳纳米材料超级电容器电极和柔性器件的制备及性能研究》文中进行了进一步梳理碳纳米管和石墨烯是近30年来最为耀眼的材料“明星”。这些由石墨层片构成的一维或二维结构,展现出独特的性能和广阔的应用前景。它们具有高的导电性和大的比表面积,是一类优异的超级电容器电极材料。它们可以与金属氧化物和导电聚合物复合,通过提高这些赝电容材料的导电性来获得高的容量和倍率性能。此外,这些一维和二维碳纳米材料还具有良好的柔韧性和透光性,被广泛用于制备各类柔性透明电极和器件。因此,针对碳纳米材料在超级电容器中的应用,一方面需要开展电极材料的制备研究,提升超级电容器的性能;另一方面可以利用它们柔性、透光和导电等特点,构筑柔性透明的新型器件,为柔性电子设备提供能源支持。本论文通过石墨烯和过渡金属氧化物、导电聚合物等材料复合,制备了石墨烯/Co3O4、石墨烯/聚苯胺高容量超级电容器复合电极;利用化学气相沉积(CVD)在金属丝上生长高负载量碳纳米管(CNTs)薄膜,研制出CNTs/金属丝复合电极线状超级电容器电极与器件;以CNTs透明电极为构建单元,提出了柔性透明超级电容器的可控组装方法。主要研究进展包括:1.将具有高理论容量的Co3O4(3560 F/g)与石墨烯复合,发挥二者的协同效应,构建出高性能石墨烯复合超级电容器电极。通过调控水热反应条件,制备出Co3O4纳米花瓣结构。所制备的石墨烯/Co3O4纳米花瓣复合物展现出了优异的电化学性能。在1.0 mol/L KOH电解液中,扫速为2 m V/s时,循环伏安测试的比电容可达714 F/g。在充放电测试中,当电流密度为0.1 A/g时,比电容值为841 F/g。在电流密度为0.4 A/g时,充放电1000次后,比容量能保持为初始的96.7%,展示了优异的稳定性。2.利用一步水热方法制备了石墨烯和聚苯胺(PANI)复合水凝胶。该复合水凝胶易于切割加工,并兼具了石墨烯高导电性的和PANI高赝电容的优点,是一种优异的超级电容器电极。在扫速为2 m V/s时,比电容为258.5 F/g;扫速为0.2 A/g时,比电容为307 F/g。在电流密度为1.0 A/g时,充放电1000次后,比容量能保持为初始的90%。这些结果展示了石墨烯/PANI复合水凝胶电极在超级电容器的应用潜力。3.金属线作为载体时存在表面积低这一问题,难以实现碳纳米材料的高负载。为此,在金属线上沉积了三维NiO纳米墙阵列来增加基底的表面面积,然后利用CVD方法在该基底上制备出CNTs薄膜,薄膜的厚度可达6μm。在CNTs生长过程中,NiO纳米墙被还原成Ni粒子。以所制备的CNTs/金属丝为电极,组装成全固态线状超级电容器。该器件在10μA/cm的电流密度下,面积比容量为12.5 m F/cm2。当功率密度在0.064~0.746 m W/cm2范围时,能量密度为1.74~1.43 m Wh/cm2,高于一些前期报道的碳基全固态线状超级电容器。4.CNTs被广泛用于制备柔性透明超级电容器(FTSCs)电极,但在器件组装时,电极间距的精确控制未能得到充分关注。FTSCs通常使用聚乙烯醇(PVA)类凝胶作为电解质和间隔物,这些电解质的流变行为导致它们在弯折时易于被压缩,引起电极间距的变形,造成器件运行的不稳定。为了解决这一问题,以ITO-PET负载的单壁碳纳米管或者多壁碳纳米管负载MnO2复合物为电极,将单分散的聚苯乙烯(PS)微球作为间隔物引入到PVA-Li Cl聚合物凝胶电解质中,以此精准控制FTSCs的电极间距。通过改变PS微球的粒径,电极间距可以精确控制在20,40和80μm。尤为重要的是,在进行弯曲时,PS微球间隔物保护了凝胶电解质不受挤压,保持了FTSCs输出的稳定性。在重复的弯曲测试后,器件的容量保持在95.6%,展示了PS微球的存在提高了器件的稳定性和柔韧性。
亓花蕾[10](2020)在《基于垂直取向石墨烯的高性能赝电容储能研究》文中提出超级电容是一种介于传统电介质电容和二次电池之间的电化学储能装置,具有高功率密度、快充放电速度、长循环寿命、宽工作温度范围和高安全性等优点,在新能源和电力交通等领域具有非常广阔的应用前景。根据储能机理,超级电容可分为双电层电容和赝电容。其中双电层电容虽然具有极高的功率密度但存在能量密度较低的缺点。而赝电容则能兼顾能量密度和功率密度,对于构架多层次电化学储能系统以适应不同需求有着重要意义。常见的赝电容电极材料主要包括过渡金属氧化物、过渡金属氮化物和导电聚合物等。将上述赝电容活性材料直接用于超级电容储能存在以下问题:(1)容易团聚,阻碍离子的扩散,活性材料利用率低;(2)多数活性材料导电性较差;(3)充放电过程易造成活性材料的形变和相变,使其使用寿命缩短。针对上述问题,常见的解决办法是将赝电容活性材料与具有较大比表面积、良好导电性、化学性能稳定的碳材料复合,构建赝电容碳基底复合电极。等离子体法生长的垂直取向石墨烯由于一系列优异的性质而被认为是理想的赝电容基底材料。具体表现为:(1)比表面积大,有利于活性材料的分散;(2)开放式的通道,有利于离子传输;(3)导电性好,有利于电子传输;(4)通过等离子方法可以直接生长在集流体上,减小接触电阻。本论文针对以垂直取向石墨烯为基底的高性能赝电容储能开展系统研究。首先,通过电化学石英晶体微天平原位检测技术和分子动力学模拟结合的方法,开展垂直取向石墨烯静电吸附机理研究。结果表明,不同高度的垂直取向石墨烯静电吸附储能过程中的离子传输规律相近,说明储能主要发生在边缘区域,即边缘区域电荷聚集;具有不同电负性和尺寸的阴离子对储能过程会造成不同的影响。该结论将为后续基于垂直取向石墨烯的赝电容电极构筑以及电解液的选择提供理论指导。基于上述微观机理,选择电化学沉积法将具有低电导率的二氧化锰沉积到垂直取向石墨烯边缘,构建了一种三维立体多级复合电极结构。通过对垂直取向石墨烯基底的适度氧化,有效提高了基底的利用率,同时也使二氧化锰纳米片厚度更小、均匀性更好。该复合电极表现出较高的比电容、较好的倍率性能和良好的循环性能。在扫描速率为2 m V s-1时,电极的比电容为612 F g-1;当扫描速率增加到200 m V s-1时电容保持率为51.3%。在扫描速率为100 m V s-1,经过5000次的循环伏安测试后,电容保持率高达109%,且依然保持较好的力学性能。将其组装成非对称超级电容后,获得了30.4 Wh kg-1的能量密度和27.8k W kg-1的功率密度,是具有最高储能性能的相似结构的复合电极之一。上述优异的储能性能可归结于以下几点原因:(1)垂直取向石墨烯作为桥梁建立起二氧化锰与集流体之间的多位点电子传输通道;(2)垂直取向石墨烯开放式的结构、巨大的比表面积和密集丰富的边缘实现了二氧化锰的分散,纳米结构的细化,有利于离子的扩散;(3)多级结构在充放电过程中对活性材料的膨胀和收缩起到缓冲作用,有效提高了使用寿命。此外,通过简单涂覆的方法,构建了以商用氮化钛纳米颗粒为活性材料,以垂直取向石墨烯为基底的新体系,实现了高性能赝电容储能。结果表明,将商用氮化钛涂覆于垂直取向石墨烯基底所获得的储能性能是直接涂覆在镍箔表面的6倍。主要原因是一方面垂直取向石墨烯巨大的比表面积有利于活性材料的分散,提高氮化钛与离子的接触效率;另一方面其优秀的导电性能搭建了集流体和活性材料之间的多位点电子快速传输通道。另外,由于商用氮化钛纳米颗粒结晶度低,导电性差,而常用的化学制备方法存在步骤复杂、耗能高以及容易引入杂质原子从而降低导电性等缺点,本工作中采用一步式、高效、安全的直流转移弧等离子体方法实现了高纯氮化钛纳米颗粒的规模化及低成本制备。并使用不同的生长参数,获得了两种形貌和化学组分的氮化钛纳米颗粒。与商用氮化钛相比,它们都具有更高的结晶度、更小的尺寸、更多的金属键等特性,进而表现出更高的导电性、更多的电化学活性位点和更快的离子传输路径。结果表明,直流转移弧等离子体法所制备的氮化钛纳米颗粒/垂直取向石墨烯复合电极组成的纽扣型对称超级电容储能容量是商用氮化钛/垂直取向石墨烯对称超级电容的3-4倍。进一步在高电压窗口下进行测试,所得比电容、能量密度、功率密度和循环稳定性均是目前所报导的具有最好电化学性能的基于氮化钛纳米材料的赝电容之一。
二、纳米金属氧化物的制备及其超级电容特性研究(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、纳米金属氧化物的制备及其超级电容特性研究(论文提纲范文)
(1)过渡金属Co-X(X=Mo,Cu)硫化物和氧化物的协同耦合及其超级电容性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
§1.1 引言 |
§1.2 能量存储系统中的二次电池和超级电容器 |
§1.2.1 锂离子电池 |
§1.2.2 锂-硫电池 |
§1.2.3 钠离子、钾离子、铝离子电池 |
§1.2.4 超级电容器 |
§1.2.5 超级电容器电化学性能参数 |
§1.3 本课题的研究思路及创新点 |
第二章 球形花簇结构Co-Mo-O-S复合材料的制备及其超级电容性能的研究 |
§2.1 引言 |
§2.2 实验试剂及主要设备 |
§2.2.1 实验所用试剂 |
§2.2.2 实验所用主要设备 |
§2.3 材料的制备方法及表征 |
§2.3.1 材料的制备 |
§2.3.2 Co-Mo-O-S及其对比材料的表征 |
§2.3.3 Co-Mo-O-S及其对比材料的电化学性能测试 |
§2.4 本章小结 |
第三章 核-壳结构CuCo_2S_4@CoMoO_4纳米棒复合材料的制备及其超级电容性能的研究 |
§3.1 引言 |
§3.2 实验试剂及主要设备 |
§3.2.1 实验所用试剂 |
§3.2.2 实验所用主要设备 |
§3.3 材料的制备方法及表征 |
§3.3.1 材料的制备 |
§3.3.2 CuCo_2S_4@CoMoO_4/NF及其对比材料的表征 |
§3.3.3 CuCo_2S_4@CoMoO_4/NF及其对比材料的电化学性能测试 |
§3.4 本章小结 |
第四章 三维自支撑异质结构MoS_2-Cu_2O@Ti_3C_2复合材料的制备及其超级电容性能的研究 |
§4.1 引言 |
§4.2 实验试剂及主要设备 |
§4.2.1 实验所用试剂 |
§4.2.2 实验所用主要设备 |
§4.3 材料的制备方法及表征 |
§4.3.1 材料的制备 |
§4.3.2 MoS_2-Cu_2O@Ti_3C_2及其对比材料的表征 |
§4.3.3 MoS_2-Cu_2O@Ti_3C_2及其对比材料的电化学性能测试 |
§4.4 本章小结 |
第五章 总结与展望 |
参考文献 |
致谢 |
硕士研究生阶段主要研究成果 |
(2)钴基氧化物纳米阵列电极材料的构建及其超级电容性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 超级电容器简介 |
1.3 超级电容器的储能机理 |
1.3.1 双电层电容器 |
1.3.2 赝电容器 |
1.3.3 混合型超级电容器 |
1.4 超级电容器的性能指标 |
1.4.1 比电容 |
1.4.2 比功率与比能量 |
1.4.3 阻抗性质 |
1.4.4 循环稳定性 |
1.4.5 漏电流 |
1.5 超级电容器电极材料的分类及研究进展 |
1.5.1 碳材料 |
1.5.2 赝电容材料 |
1.5.3 电池型材料 |
1.6 钴基金属氧化物及其复合材料 |
1.6.1 钴基金属氧化物 |
1.6.2 复合材料 |
1.7 纳米阵列结构在超级电容器中的应用 |
1.8 选题依据及主要研究内容 |
1.8.1 选题依据 |
1.8.2 主要研究内容 |
第二章 实验仪器、原材料及制备方法 |
2.1 实验原材料 |
2.2 实验仪器设备 |
2.3 材料表征测试 |
2.3.1 扫描电子显微镜 |
2.3.2 透射电子显微镜 |
2.3.3 X射线衍射 |
2.3.4 X射线光电子能谱 |
2.3.5 热重分析 |
2.4 材料电化学储能性能测试 |
2.4.1 循环伏安测试 |
2.4.2 恒流充放电测试 |
2.4.3 交流阻抗测试 |
第三章 Co_3O_4纳米片/纳米线异质阵列结构的构筑及其电化学储能性能的研究 |
3.1 引言 |
3.2 实验部分 |
3.2.1 Co_3O_4纳米片/纳米线异质阵列的制备 |
3.2.2 氮掺杂石墨烯电极材料的制备 |
3.2.3 混合型超级电容器的组装 |
3.2.4 Co_3O_4材料电化学性能测试 |
3.3 结果与讨论 |
3.3.1 Co_3O_4电极材料形貌与结构分析 |
3.3.2 Co_3O_4电极材料的电化学储能性能分析 |
3.3.3 石墨烯负极材料的性能测试 |
3.3.4 混合电容器的组装及性能测试 |
3.4 本章小结 |
第四章 Ni_xCo_(3-x)O_4超细纳米线阵列的构建和电容性能研究 |
4.1 引言 |
4.2 实验过程 |
4.2.1 Ni_xCo_(3-x)O_4@rGO超细纳米线阵列的制备 |
4.2.2 混合型超级电容器器件的制备 |
4.2.3 电化学性能测试 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 形貌与结构分析 |
4.3.2 电化学储能性能分析 |
4.3.3 混合电容器的组装及性能测试 |
4.4 本章小结 |
第五章 Ni-Co-Mo金属氧化物纳米片阵列材料的制备及其电化学性能研究 |
5.1 引言 |
5.2 实验部分 |
5.2.1 Ni-Co-Mo金属氧化物纳米片阵列的制备 |
5.2.2 混合型超级电容器器件的制备 |
5.2.3 电化学性能测试 |
5.3 结果与讨论 |
5.3.1 形貌结构 |
5.3.2 电化学储能性能分析 |
5.3.3 混合型超级电容器的组装及性能测试 |
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 |
攻读学位期间发表论文情况 |
(3)钴基复合材料的制备及其电容性能的研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 超级电容器概述 |
1.2 超级电容器的研究与发展 |
1.3 储能原理 |
1.3.1 双电层电容储能机理 |
1.3.2 赝电容储能机理 |
1.4 超级电容器的电极材料 |
1.4.1 碳及生物质碳材料 |
1.4.2 Co_3O_4及其衍生材料 |
1.4.3 焦磷酸钴材料 |
1.4.4 钴钒氧化物 |
1.5 课题研究意义 |
1.6 研究内容 |
1.7 创新之处 |
参考文献 |
第二章 实验试剂、设备与方法 |
2.1 试剂与材料 |
2.1.1 化学试剂 |
2.1.2 生物质材料 |
2.2 设备和仪器 |
2.3 表征仪器 |
2.3.1 X射线衍射 |
2.3.2 扫描电子显微镜 |
2.3.3 透射电子显微镜 |
2.3.4 氮吸附比表面积及孔径分布 |
2.3.5 X射线光电子能谱 |
2.3.6 红外光谱分析 |
2.3.7 热重分析 |
2.3.8 拉曼光谱 |
2.4 电化学性能测试 |
2.4.1 工作电极制备 |
2.4.2 不对称超级电容器(ASC)装配和测量 |
2.4.3 电化学测试系统 |
参考文献 |
第三章 海带衍生碳负载纳米Co_3O_4复合材料的制备及电容性能研究 |
3.1 前言 |
3.2 实验部分 |
3.2.1 材料制备 |
3.2.2 电极制备与电化学性能测试 |
3.3 结果与讨论 |
3.3.1 材料的结构及形貌表征 |
3.3.2 电化学性能 |
3.4 小结 |
参考文献 |
第四章 蛋黄果核壳生物质碳与纳米Co_3O_4复合材料的制备及超级电容性能研究 |
4.1 前言 |
4.2 实验部分 |
4.2.1 材料制备 |
4.2.2 电极制备与电化学性能测试 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 材料的结构及形貌表征 |
4.3.2 电化学性能 |
4.4 小结 |
参考文献 |
第五章 海藻酸钠衍生碳负载Co_3V_2O_8复合材料的制备与储能研究 |
5.1 前言 |
5.2 实验部分 |
5.2.1 材料制备 |
5.2.2 电极制备与电化学性能测试 |
5.3 结果与讨论 |
5.3.1 材料的结构及形貌表征 |
5.3.2 电化学性能 |
5.4 小结 |
参考文献 |
第六章 空心棘球状磷钴化合物的制备及其在超级电容器中的应用 |
6.1 前言 |
6.2 实验部分 |
6.2.1 材料制备 |
6.2.2 电极制备与电化学性能测试 |
6.3 结果与讨论 |
6.3.1 材料的结构及形貌表征 |
6.3.2 电化学性能 |
6.4 小结 |
参考文献 |
第七章 氮-碳共掺杂Co_3O_4的制备与电容性能的研究 |
7.1 前言 |
7.2 实验部分 |
7.2.1 材料制备 |
7.2.2 电极制备与电化学性能测试 |
7.3 结果与讨论 |
7.3.1 材料的结构及形貌表征 |
7.3.2 电化学性能 |
7.4 小结 |
参考文献 |
结论与展望 |
结论 |
展望 |
攻读博士学位期间取得的研究成果 |
致谢 |
附件 |
(4)二维材料的湿化学法制备及其电化学性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 二维纳米材料的概述与分类 |
1.2.1 石墨烯 |
1.2.2 六方相氮化硼(h-BN) |
1.2.3 金属有机骨架(MOF) |
1.2.4 共价有机框架(COF)及有机聚合物 |
1.3 二维纳米材料的合成 |
1.3.1 湿化学合成法概述 |
1.3.2 定向吸附生长法 |
1.3.3 水/溶剂热合成法 |
1.3.4 界面合成法 |
1.3.5 二维模板法 |
1.3.6 反相微乳液法 |
1.4 二维纳米材料在电解水催化及超级电容器领域的应用 |
1.4.1 电催化分解水概述 |
1.4.2 析氧反应 |
1.4.3 OER催化活性评估 |
1.4.3.1 过电位 |
1.4.3.2 塔菲尔斜率 |
1.4.3.3 稳定性 |
1.4.3.4 电化学活性表面积 |
1.4.4 超级电容器电极材料 |
1.5 本论文选题思路和研究内容 |
参考文献 |
第二章 软模板空间限域制备聚(1,8-二氨基萘)纳米片及其超级电容性能研究 |
2.1 引言 |
2.2 实验部分 |
2.2.1 原料 |
2.2.2 聚(1,8-二氨基萘)纳米片的合成 |
2.2.3 测试与表征 |
2.2.4 聚(1,8-二氨基萘)纳米材料超级电容性能测试 |
2.3 结果与讨论 |
2.3.1 生长机制与材料表征 |
2.3.2 聚(1,8-二氨基萘)纳米材料超级电容性能表征 |
2.4 结论 |
参考文献 |
第三章 反相微乳液法制备二维超薄钴基纳米片及超级电容性能和析氧反应电催化性能研究 |
3.1 引言 |
3.2 实验部分 |
3.2.1 原料 |
3.2.2 超薄钴基纳米片的制备 |
3.2.3 测试与表征 |
3.2.4 电化学测试 |
3.2.4.1 超级电容性能测试 |
3.2.4.2 OER催化性能测试 |
3.3 结果与讨论 |
3.3.1 生长机制与材料表征 |
3.3.2 钴基纳米片超级电容性能表征 |
3.3.3 钴基纳米片OER催化性能表征 |
3.4 结论 |
参考文献 |
第四章 基于三嗪-镍二维配位聚合物的合成及其衍生的碳材料用于电催化析氧反应 |
4.1 引言 |
4.2 实验部分 |
4.2.1 原料 |
4.2.2 二维配位聚合物的合成及碳材料的制备 |
4.2.3 测试与表征 |
4.2.4 OER催化性能测试 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 材料表征 |
4.3.2 OER催化性能表征 |
4.4 结论 |
参考文献 |
全文总结与展望 |
致谢 |
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
(5)聚苯胺复合电极材料制备及超级电容性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 超级电容器简介 |
1.3 超级电容器的电极材料 |
1.3.1 导电聚合物 |
1.3.2 碳材料 |
1.3.3 过渡金属化合物 |
1.4 本课题的选题背景及研究内容 |
第2章 γ-MnO_2/PANI复合电极材料的电化学性能研究 |
2.1 引言 |
2.2 实验部分 |
2.2.1 实验试剂与仪器 |
2.2.2 电极材料的制备 |
2.3 结果与讨论 |
2.3.1 水热法制备α-MnO_2和γ-MnO_2 |
2.3.2 FTIR和XRD分析 |
2.3.3 SEM和TEM表征 |
2.3.4 XPS和TG表征 |
2.4 电化学性能表征 |
2.4.1 (a)PANI,(b)0.05-,(c)0.1-,(d)0.15-和(e)0.2-MnO_2/PANI的电化学性能 |
2.4.2 γ-MnO_2/PANI在0.5M H_2SO_4和1.0M Na_2SO_4电解质中的电化学性能 |
2.4.3 非对称电容器的制备及电化学性能测试 |
2.5 本章小结 |
第3章 CF/MnO_2/PANI复合材料的电化学性能研究 |
3.1 引言 |
3.2 实验部分 |
3.2.1 实验试剂与仪器 |
3.2.2 电极材料的制备 |
3.3 结果与讨论 |
3.3.1 FT-IR和 XRD表征 |
3.3.2 SEM表征 |
3.3.3 XPS表征 |
3.3.4 BET表征 |
3.4 材料的电化学性能测试 |
3.4.1 不同添加量CF与PANI复合的电化学性能和电导率测试 |
3.4.2 CF/MnO_2/PANI复合电极材料的电化学性能测试 |
3.4.3 对称型电容器的制备及电化学性能测试 |
3.4.4 非对称电容器的制备及电化学性能测试 |
3.5 本章小结 |
第4章 碳布表面负载MnO_2与PANI复合材料的电化学性能研究 |
4.1 引言 |
4.2 实验部分 |
4.2.1 实验试剂与仪器 |
4.2.2 电极材料的制备 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 CC/PANI和CC/MnO_2/PANI的聚合曲线 |
4.3.2 材料的表征 |
4.4 电化学性能表征 |
4.4.1 CC,CC/MnO_2,CC/MnO_2/PANI复合电极的电化学性能测试 |
4.4.2 非对称柔性电容器的制备及电化学性能测试 |
4.5 本章小结 |
结论与展望 |
参考文献 |
致谢 |
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录 |
(6)基于高质量负载MnO2/MXene的高性能超级电容储能研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 超级电容简介 |
1.2.1 超级电容的结构 |
1.2.2 超级电容的储能机理和分类 |
1.3 超级电容的电极材料 |
1.3.1 碳材料 |
1.3.2 过渡金属氧化物及其复合材料 |
1.3.3 新型二维纳米材料 |
1.4 本文研究内容 |
2 实验和模拟计算方法 |
2.1 实验试剂及材料 |
2.2 实验仪器 |
2.3 电化学测试 |
2.3.1 循环伏安法 |
2.3.2 恒电流充放电法 |
2.3.3 电化学阻抗谱法 |
2.3.4 电化学测试体系 |
2.4 材料表征分析方法 |
2.4.1 扫描电子显微镜 |
2.4.2 透射电子显微镜 |
2.4.3 X射线光电子能谱分析 |
2.4.4 X 射线衍射分析 |
2.5 密度泛函理论模拟计算 |
3 材料的制备、表征及模拟计算 |
3.1 材料制备 |
3.1.1 材料制备流程 |
3.1.2 电极基底材料制备 |
3.1.3 二氧化锰负载 |
3.2 材料表征 |
3.2.1 微观结构表征 |
3.2.2 物相分析 |
3.3 密度泛函理论模拟计算 |
3.4 本章小结 |
4 MnO_2/MXene储能研究 |
4.1 MnO_2/MXene、MnO_2/rGO和 MXene的电化学性能分析 |
4.1.1 电化学性能测试 |
4.1.2 电化学动力学分析 |
4.2 不同MnO_2质量负载的MnO_2/MXene电化学性能分析 |
4.3 本章小结 |
5 基于Mn O2/MXene的非对称超级电容储能研究 |
5.1 非对称超级电容的制备 |
5.2 非对称超级电容的电化学性能测试 |
5.3 本章小结 |
6 总结与展望 |
6.1 总结 |
6.2 本文研究创新点 |
6.3 展望 |
参考文献 |
作者简历 |
(7)过渡金属化合物与碳基超级电容器的制备及性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 课题研究背景 |
1.2 超级电容器概述 |
1.2.1 超级电容器构成 |
1.2.2 超级电容器性能评价 |
1.2.3 超级电容器电极储能机理 |
1.3 超级电容器电极材料 |
1.3.1 碳材料 |
1.3.2 过渡金属氧化物 |
1.3.3 过渡金属磷化物 |
1.3.4 过渡金属硫化物 |
1.4 论文选题依据与研究内容 |
1.4.1 选题依据 |
1.4.2 研究内容 |
第二章 Ni_2P/泡沫镍的一步胶体构筑及超级电容性能研究 |
2.1 引言 |
2.2 实验部分 |
2.2.1 实验试剂与仪器 |
2.2.2 材料制备 |
2.2.3 材料物理表征 |
2.2.4 电化学性能测试 |
2.3 结果与讨论 |
2.3.1 Ni_2P/NF的表征与分析 |
2.3.2 Ni_2P/NF电极的电化学性能 |
2.3.3 HPAC的表征与分析 |
2.3.4 HPAC电极的电化学性能 |
2.3.5 Ni_2P/NF//HPAC超级电容器的电化学性能 |
2.4 本章小结 |
第三章 CuCo_2S_4纳米花的制备及超级电容性能研究 |
3.1 引言 |
3.2 实验部分 |
3.2.1 实验试剂与仪器 |
3.2.2 材料制备 |
3.2.3 材料物理表征 |
3.2.4 电化学性能测试 |
3.3 结果与讨论 |
3.3.1 CuCo_2S_4的表征与分析 |
3.3.2 CuCo_2S_4电极的电化学性能 |
3.3.3 NFHPC的表征与分析 |
3.3.4 NFHPC电极的电化学性能 |
3.3.5 CuCo_2S_4//NFHPC超级电容器的电化学性能 |
3.4 本章小结 |
第四章 磷酸根离子修饰的FeCo_2O_(4-x)制备及超级电容性能研究 |
4.1 引言 |
4.2 实验部分 |
4.2.1 实验试剂与仪器 |
4.2.2 材料制备 |
4.2.3 材料物理表征 |
4.2.4 电化学性能测试 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 P-FeCo_2O_(4-x)的表征与分析 |
4.3.2 P-FeCo_2O_(4-x)电极的电化学性能 |
4.3.3 P-FeCo_2O_(4-x)//AC超级电容器的电化学性能 |
4.4 本章小结 |
第五章 氮/氧共掺杂碳纳米泡沫的制备及超级电容性能研究 |
5.1 引言 |
5.2 实验部分 |
5.2.1 实验试剂与仪器 |
5.2.2 材料制备 |
5.2.3 材料物理表征 |
5.2.4 电化学性能测试 |
5.3 结果与讨论 |
5.3.1 多孔碳的表征与分析 |
5.3.2 多孔碳电极的电化学性能 |
5.3.3 ZCL-PC//ZCL-PC超级电容器的电化学性能 |
5.4 本章小结 |
第六章 总结与展望 |
6.1 全文总结 |
6.2 论文创新点 |
6.3 后期展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读博士学位期间取得的成果 |
(8)利用废弃油一步式制备垂直石墨烯及超级电容器应用研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
缩写符号表 |
1 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 超级电容简介 |
1.2.1 超级电容的类别及原理 |
1.2.2 超级电容的储能特点及应用 |
1.2.3 超级电容的电极材料 |
1.3 垂直石墨烯及其储能应用 |
1.3.1 垂直石墨烯的特点及研究现状 |
1.3.2 垂直石墨烯的制备方法 |
1.4 等离子体纳米材料制备技术 |
1.4.1 等离子体基本概念 |
1.4.2 等离子体的分类 |
1.4.3 等离子体化学气相沉积制备垂直石墨烯的研究现状 |
1.5 本论文研究内容 |
2 实验材料及方法 |
2.1 实验材料与设备 |
2.2 材料表征技术 |
2.2.1 扫描电子显微镜 |
2.2.2 拉曼光谱 |
2.2.3 X-射线光电子能谱(XPS) |
2.2.4 接触角测量仪 |
2.3 等离子体检测方法 |
2.4 电化学测试 |
2.4.1 电化学测试体系 |
2.4.2 电化学测试方法 |
2.4.3 电化学阻抗谱法 |
3 以废弃油为前驱体的垂直石墨烯制备及表征 |
3.1 引言 |
3.2 实验部分 |
3.3 垂直石墨烯的表征 |
3.4 本章小结 |
4 基于垂直石墨烯的双电层电容特性 |
4.1 电极的处理与组装 |
4.2 电化学测试 |
4.2.1 不同生长温度制备的垂直石墨烯的储能特性分析 |
4.2.2 不同前驱体制备垂直石墨烯的性能对比 |
4.2.3 循环稳定性测试 |
4.2.4 废弃油制备垂直石墨烯的经济性分析 |
4.3 本章小结 |
5 基于垂直石墨烯和金属氧化物的赝电容 |
5.1 引言 |
5.2 实验部分 |
5.2.1 垂直石墨烯的制备 |
5.2.2 MnO_2的化学沉积 |
5.3 MnO_2/VGs复合材料的电化学测试 |
5.3.1 电化学测试方法 |
5.3.2 复合电极材料的储能性能 |
5.4 本章小结 |
6 总结与展望 |
6.1 全文总结 |
6.2 研究创新点 |
6.3 研究展望 |
参考文献 |
作者简历 |
(9)碳纳米材料超级电容器电极和柔性器件的制备及性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
专用术语注释表 |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 超级电容器简介 |
1.2.1 双电层超级电容器 |
1.2.2 赝电容器 |
1.2.3 超级电容器的性能指标 |
1.3 碳纳米材料简介 |
1.3.1 碳纳米管(CNTs)简介 |
1.3.2 石墨烯简介 |
1.4 碳材料超级电容器电极 |
1.4.1 碳纳米管(CNTs)在超级电容器中的应用 |
1.4.2 石墨烯在超级电容器中的应用 |
1.5 柔性超级电容器 |
1.5.1 线状柔性超级电容器 |
1.5.2 柔性透明超级电容器 |
1.6 本论文的研究思路和研究内容 |
第二章 石墨烯/Co_3O_4复合材料的可控制备及超级电容性能 |
2.1 前言 |
2.2 石墨烯/Co_3O_4复合材料的制备和表征方法 |
2.2.1 实验材料 |
2.2.2 氧化石墨烯的制备 |
2.2.3 石墨烯/Co_3O_4纳米复合材料的制备 |
2.2.4 石墨烯/Co_3O_4复合材料电极的制备 |
2.2.5 材料形貌、结构表征 |
2.2.6 电化学性能测试 |
2.3 石墨烯/Co_3O_4复合材料的形貌、结构和电化学性能 |
2.3.1 石墨烯/Co_3O_4复合材料的形貌、结构 |
2.3.2 石墨烯/Co_3O_4复合材料的电化学性能 |
2.4 本章小结 |
第三章 石墨烯/聚苯胺复合水凝胶的制备及超级电容性能 |
3.1 前言 |
3.2 石墨烯/PANI复合水凝胶的制备和表征方法 |
3.2.1 实验材料 |
3.2.2 氧化石墨烯的制备 |
3.2.3 石墨烯/PANI复合水凝胶的制备 |
3.2.4 石墨烯/PANI复合水凝胶电极的制备 |
3.2.5 材料表征 |
3.2.6 电化学性能测试 |
3.3 石墨烯/PANI复合水凝胶的形貌、结构和电化学性能 |
3.3.1 石墨烯/PANI复合水凝胶的形貌与结构 |
3.3.2 石墨烯/PANI复合水凝胶的电化学性能 |
3.4 本章小结 |
第四章 碳纳米管/金属丝柔性线状超级电容器的制备与性能 |
4.1 前言 |
4.2 CNT/MW复合线状电极的制备和表征方法 |
4.2.1 实验材料 |
4.2.2 Fe-Co-Ni金属丝上生长NiO纳米墙阵列 |
4.2.3 CNT/MW复合线状电极的制备 |
4.2.4 聚合物电解质的制备 |
4.2.5 全固态线状超级电容器的构筑 |
4.2.6 材料表征 |
4.2.7 电化学性能测试 |
4.3 CNT/MW复合线状电极的形貌、结构和电化学性能 |
4.3.1 CNT/MW复合线状电极的形貌、结构 |
4.3.2 CNT/MW复合线状电极的电化学性能 |
4.4 本章小结 |
第五章 碳纳米管柔性透明超级电容器电极间距调控与性能 |
5.1 前言 |
5.2 碳纳米管柔性透明电极和电解质的制备及超级电容器的构筑 |
5.2.1 实验材料 |
5.2.2 聚苯乙烯微球/聚合物凝胶复合电解质的制备 |
5.2.3 SWCNTs的酸化处理 |
5.2.4 MnO_2-MWCNTs的制备 |
5.2.5 柔性透明电极的制备 |
5.2.6 柔性透明超级电容器的组装 |
5.2.7 材料表征 |
5.2.8 电化学性能测试 |
5.3 碳纳米管柔性透明超级电容器的电极间距调控与电化学性能 |
5.3.1 超级电容器电极间距的调控与性能优化 |
5.3.2 基于SWCNTs电极的柔性透明超级电容器的性能 |
5.3.3 基于MnO_2-MWCNTs电极的柔性透明超级电容器的性能 |
5.4 本章小结 |
第六章 总结与展望 |
6.1 全文总结 |
6.2 展望 |
参考文献 |
附录1 攻读博士学位期间撰写的论文 |
附录2 攻读博士学位期间申请的专利 |
附录3 攻读博士学位期间参加的科研项目 |
致谢 |
(10)基于垂直取向石墨烯的高性能赝电容储能研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
ABSTRACT |
1 绪论 |
1.1 课题背景 |
1.2 赝电容概述 |
1.2.1 赝电容储能机理 |
1.2.2 赝电容电极材料 |
1.3 基于碳基底材料的赝电容储能 |
1.3.1 零维碳基底材料 |
1.3.2 一维碳基底材料 |
1.3.3 二维碳基底材料 |
1.3.4 三维碳基底材料 |
1.3.5 垂直取向石墨烯基底材料 |
1.4 本论文研究内容 |
2 实验与理论研究方法 |
2.1 实验试剂 |
2.2 实验仪器和设备 |
2.3 表征与测试方法 |
2.3.1 扫描电子显微镜 |
2.3.2 透射电子显微镜 |
2.3.3 能量色散X射线光谱 |
2.3.4 激光共焦拉曼光谱 |
2.3.5 X射线光电子能谱 |
2.3.6 X射线衍射 |
2.4 电化学性能测试方法 |
2.4.1 电极测试体系 |
2.4.2 电化学测试方法 |
2.5 电化学石英晶体微天平 |
2.5.1 石英晶体的压电效应逆压电效应 |
2.5.2 电化学石英晶体微天平的测试原理 |
2.5.3 电化学石英晶体微天平测试装配 |
2.6 .数值模拟方法 |
2.6.1 基本原理 |
2.6.2 初始条件与边界条件 |
2.6.3 势函数模型 |
2.6.4 截断半径 |
2.6.5 模拟系综 |
2.6.6 电极表面电势施加方法 |
3 垂直取向石墨烯赝电容载体储能机理研究 |
3.1 引言 |
3.2 可控边缘密度垂直取向石墨烯电极制备 |
3.2.1 垂直取向石墨烯的生长 |
3.2.2 垂直取向石墨烯的微观形貌分析 |
3.2.3 垂直取向石墨烯中的缺陷 |
3.2.4 垂直取向石墨烯元素分析 |
3.3 离子传输机制的原位检测实验研究 |
3.3.1 电化学石英晶体微天平原位检测方法 |
3.3.2 静电吸附过程界面离子传输机制 |
3.4 离子传输机制的分子动力学模拟研究 |
3.4.1 模型与参数 |
3.4.2 储能过程离子传输机制研究 |
3.4.3 固液界面双电层演变规律研究 |
3.5 不同离子浓度体系中的离子传输机制研究 |
3.5.1 模型与参数 |
3.5.2 储能过程离子传输机制研究 |
3.5.3 固液界面双电层演变规律研究 |
3.5.4 储能性能 |
3.6 本章小结 |
4 二氧化锰/垂直取向石墨烯高性能赝电容储能 |
4.1 引言 |
4.2 基于垂直取向石墨烯的复合电极构筑 |
4.2.1 静电纺丝方法制备碳纳米纤维 |
4.2.2 垂直取向石墨烯的生长 |
4.2.3 电化学沉积MnO_2纳米片 |
4.3 赝电容复合电极微观形貌和元素分析 |
4.3.1 垂直取向石墨烯微观形貌和元素分析 |
4.3.2 复合电极微观形貌和元素分析 |
4.4 赝电容复合电极储能性能研究 |
4.4.1 电化学测试方法 |
4.4.2 复合电极储能性能 |
4.5 垂直取向石墨烯表面改性对赝电容复合电极储能性能的影响 |
4.5.1 元素分析和微观形貌 |
4.5.2 基于氧化处理的碳基底复合电极储能性能 |
4.5.3 非对称超级电容的储能性能 |
4.6 本章小结 |
5 氮化钛/垂直取向石墨烯高性能赝电容储能 |
5.1 引言 |
5.2 TIN的电化学储能机理 |
5.3 TIN/VG复合电极制备 |
5.3.1 垂直取向石墨烯的生长 |
5.3.2 垂直取向石墨烯元素分析和微观形貌 |
5.3.3 超级电容储能单体的装配 |
5.4 商用TIN/VG赝电容储能性能 |
5.4.1 电化学测试方法 |
5.4.2 商用TiN/VG赝电容的储能性能 |
5.5 直流转移弧等离子体法制备的TIN储能性能研究 |
5.5.1 直流转移弧等离子体方法制备TiN纳米颗粒 |
5.5.2 复合电极微观形貌和元素分析 |
5.5.3 TiN-1/VG赝电容储能性能 |
5.6 TIN微观形貌对复合电极储能性能的影响 |
5.6.1 微观形貌和元素分析 |
5.6.2 TiN-2/VG赝电容储能性能 |
5.7 宽电压窗口下的储能性能 |
5.7.1 电压窗口确定 |
5.7.2 高性能赝电容储能实现 |
5.8 本章小结 |
6 全文总结与展望 |
6.1 全文总结 |
6.2 研究创新点 |
6.3 研究展望 |
参考文献 |
作者简历 |
四、纳米金属氧化物的制备及其超级电容特性研究(论文参考文献)
- [1]过渡金属Co-X(X=Mo,Cu)硫化物和氧化物的协同耦合及其超级电容性能研究[D]. 毛小琦. 桂林电子科技大学, 2021
- [2]钴基氧化物纳米阵列电极材料的构建及其超级电容性能研究[D]. 韦赓. 广西大学, 2021(12)
- [3]钴基复合材料的制备及其电容性能的研究[D]. 邹如意. 海南师范大学, 2021(12)
- [4]二维材料的湿化学法制备及其电化学性能研究[D]. 陈维健. 中国科学技术大学, 2021(08)
- [5]聚苯胺复合电极材料制备及超级电容性能研究[D]. 朱院强. 兰州理工大学, 2021(01)
- [6]基于高质量负载MnO2/MXene的高性能超级电容储能研究[D]. 易可心. 浙江大学, 2021(09)
- [7]过渡金属化合物与碳基超级电容器的制备及性能研究[D]. 赵洋. 电子科技大学, 2021(01)
- [8]利用废弃油一步式制备垂直石墨烯及超级电容器应用研究[D]. 况文豪. 浙江大学, 2021(07)
- [9]碳纳米材料超级电容器电极和柔性器件的制备及性能研究[D]. 陈君. 南京邮电大学, 2020(03)
- [10]基于垂直取向石墨烯的高性能赝电容储能研究[D]. 亓花蕾. 浙江大学, 2020(01)