鈷酸鎳基復(fù)合材料的制備及其在超級電容器中的應(yīng)用.pdf

1、作為新一代儲能設(shè)備，超級電容器由于具有功率密度高、循環(huán)壽命長、充電速度快、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，具有巨大的應(yīng)用前景。然而，能量密度低是限制其廣泛應(yīng)用的最大障礙。根據(jù)能量密度公式，電容量和工作電壓是決定其大小的最關(guān)鍵因素。因此，提高超級電容器的電容量和工作電壓，從而提高能量密度，這對推動超級電容器的廣泛應(yīng)用具有重大的實(shí)際意義。
　　本論文以提高超級電容器的電容量和工作電壓為研究思路，通過制備NiCo2O4基復(fù)合材料來提高電極材料的電容量，

2、通過設(shè)計(jì)了非對稱電容器來提高器件的工作電壓，從而提高超級電容器的能量密度。
　　利用水熱法制備了NiCo2O4-rGO復(fù)合材料，采用X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)和比表面積(BET)測試等表征手段對其形貌、結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。BET比表面積及孔徑結(jié)構(gòu)測試表明，與純NiCo2O4相比，復(fù)合材料的比表面提高了近5倍，高達(dá)132.74m2 g-1。電化學(xué)測試表明，NiCo2O4-rGO復(fù)合電極比電容達(dá)高達(dá)882

3、F g-1(電流密度為1A g-1)。3000次循環(huán)測試表明，其比電容僅僅損失6.2％，表明良好的循環(huán)穩(wěn)定性能。增強(qiáng)的電化學(xué)性能歸功于石墨烯大的比表面和高的電導(dǎo)率貢獻(xiàn)：在發(fā)生法拉第反應(yīng)時(shí)，為離子電子的傳輸提供更多的途徑，加快了活性物質(zhì)的電化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，提高了反應(yīng)效率。
　　采用水熱和電沉積兩種方法，在泡沫鎳上集流體直接制備了NiCo2O4@Ni3S2納米刺陣列核殼結(jié)構(gòu)。通過SEM和TEM觀察樣品的微觀形貌，結(jié)果表明，NiCo2O

4、4呈納米刺陣列結(jié)構(gòu)，并且具有介孔特性；在其表面沉積Ni3S2后構(gòu)成典型的核殼結(jié)構(gòu)。BET比表面積及孔徑結(jié)構(gòu)測試表明，NiCo2O4@Ni3S2的比表面積為56.75m2g-1，是NiCo2O4(26.33m2 g-1）的兩倍。電化學(xué)性能測試結(jié)果表明：在1Ag-1電流密度下，NiCo2O4@Ni3S2比電容高達(dá)為1716F g-1，是NiCo2O4(544F g-1)的三倍，Ni3S2(877F g-1)的兩倍。循環(huán)壽命測試表明，經(jīng)過20

5、00次循環(huán)測試后NiCo2O4@Ni3S2核殼結(jié)構(gòu)電極的比電容仍能保持83.7%，相比NiCo2O4(71%)和Ni3S2(63%)，其穩(wěn)定性能都有了很大的提高。優(yōu)異的電化學(xué)性能可能歸因于其核殼結(jié)構(gòu)的異質(zhì)協(xié)同效應(yīng)，獨(dú)特的核殼納米結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了電極材料的穩(wěn)定性，為離子電子的轉(zhuǎn)移提供一個(gè)簡短和快速傳輸路徑。
　　以 NiCo2O4@Ni3S2作為正極，以活性炭作為負(fù)極，設(shè)計(jì)了非對稱電容器，探討了非對稱電容器的原理及構(gòu)建過程。通過對該非對稱