多维度赝电容材料的制备及储能性能研究.doc

多维度赝电容材料的制备及储能性能研究超级电容器作为新兴的电化学储能设备,因具有快速充放电、较高的功率密度及良好的循环稳定性等特点,从而备受关注。相比于双电层电容器材料,赝电容材料具有更高的比电容值,成为目前研究热点。目前,赝电容材料在超级电容器的应用领域还存在很多问题,包括材料容易团聚、导电性较差以及充放电过程中材料结构容易垮塌等。本论文选取三种赝电容材料（导电高聚物、过渡金属氢氧化物以及双层氢氧化物）和不同的基底进行复合,制备了多纬度的赝电容复合材料,通过对其进行结构设计,达到增大材料和电解液的接触面积、提升材料的导电性和结构稳定性,改善超级电容器性能的目的。本论文采用氧化亚铜（Cu₂O）纳米颗粒为模版,通过刻蚀反应,制备了空心结构的镍钴氢氧化物(Ni_1/3Co_2/3（OH）₂)纳米颗粒,并辅以碳纳米管（CarbonNanotube,CNT）为支撑骨架,得到了Ni_1/3Co_2/3（OH）₂/CNT复合材料。制备的Ni_1/3Co_2/3（OH）₂/CNT复合材料在1Ag^-1电流密度下,比电容为1896Fg^-1。在40Ag^-1电流密度下,Ni_1/3Co_2/3（OH）₂/CNT复合材料的电容保持率为78%。同时,在10Ag^-1电流密度下,循环5000次,比电容值仍能达到初始值的84.7%。在此基础上,为了改进Ni_1/3Co_2/3（OH）₂纳米颗粒的性能。本论文选用氧化石墨烯（GrapheneOxide,GO）为基底,利用GO上丰富的官能团（-COOH、C=O以及-OH）原位生长Cu₂O纳米颗粒,使其均匀分散在GO表面。然后,通过刻蚀反应,制备空心结构的Ni_1/3Co_2/3（OH）₂纳米颗粒,GO在制备过程中形成还原氧化石墨烯（ReducedGrapheneOxide,RGO）,得到了Ni_1/3Co_2/3（OH）₂/RGO的复合材料。同时,选用自制银集流体替代碳纸集流体,达到改善电极整体导电性的目的。制备的Ni_1/3Co_2/3（OH）₂/RGO的复合材料在5Ag^-1电流密度下,比电容为3942Fg^-1,在10Ag^-1电流密度下,循环5000次,比电容值仍能达到初始值的88.9%。本论文采用泡沫镍集流体为基底,通过两步水热反应的方法,在其表面制备了四氧化三钴和双层氢氧化物（Co₃O₄@LDH）纳米线阵列。制备的Co₃O₄@LDH纳米线阵列在1Ag^-1电流密度下,比电容为1104Fg^-1。在20Ag^-1电流密度下,Co₃O₄@LDH复合材料的电容保持率为60.1%。在10Ag^-1电流密度下,循环5000次,比电容值仍能达到初始值的87.3%。同时,发现Co₃O₄和LDH的摩尔比不同对Co₃O₄@LDH表面结构有较大影响,当摩尔比由2:0.5增大到2:1.5时,表面LDH纳米片从松散絮状物组装成为三维网络结构,Co₃O₄@LDH的比电容值由468Fg^-1增大到1104Fg^-1。随着摩尔比增大到2:3,表面LDH纳米片变为整片包裹着Co₃O₄纳米线,Co₃O₄@LDH的比电容值随之减小为684Fg^-1。本论文采用二硫化钼/还原氧化石墨烯（MoS₂/RGO）复合纳米片作为基底,通过溶液聚合方法,在其表面成功制备了均匀分布的聚苯胺（Polyaniline,PANI）纳米线,得到了MoS₂/RGO