金屬材料表面納米化及超級電容器性能的研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代社會快速的發(fā)展，能源消耗和環(huán)境污染不斷加重，尋找綠色可持續(xù)性能源變得至關(guān)重要。超級電容器作為新一代儲能器件，在信息、電子、交通、能源等領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力。電極材料對超級電容器的性能有著很大的影響，合理的設(shè)計(jì)和合成高性能電極材料是發(fā)展超級電容器的有效途徑。本文以不同的金屬銅網(wǎng)、鈦網(wǎng)、泡沫鎳作為基體，利用自身氧化和水熱沉積方法，在其表面負(fù)載金屬氧化物核殼納米結(jié)構(gòu)。避免了粘接劑和導(dǎo)電劑的添加，直接作為先進(jìn)的超級電容器電極，對其形貌

2、、結(jié)構(gòu)和組分進(jìn)行分析，并進(jìn)一步測試其電化學(xué)性能，探索其結(jié)構(gòu)和電化學(xué)特性之間的增強(qiáng)機(jī)制。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴通過簡單的濕化學(xué)刻蝕法和水熱沉積法，在銅網(wǎng)上制備出了獨(dú)特的CuO@MnO2核殼結(jié)構(gòu)陣列，整齊的CuO納米線陣列被多孔的MnO2納米片均勻地負(fù)載，其良好的電化學(xué)性能歸功于分層結(jié)構(gòu)和每個(gè)組分間的協(xié)同作用。通過不同的反應(yīng)時(shí)間，以探索CuO和MnO2的最佳復(fù)合比例。研究發(fā)現(xiàn)，在160 oC保持24 h條件下，CuO@MnO2（

3、24 h）電極展現(xiàn)了高的比電容（在電流密度為0.25 A g-1下，比電容為343.9 F g-1），出色的倍率性能和優(yōu)秀的循環(huán)穩(wěn)定性（循環(huán)12000次后剩余83.1％）。此外，組成的非對稱超級電容器在功率密度為269.6 W kg-1時(shí)，能量密度達(dá)到29.9 Wh kg-1。這種合成的方法可以大規(guī)模制備CuO陣列，為后續(xù)制備新材料提供了新的思路。⑵以鈦網(wǎng)作為基體，通過兩步水熱法，在其表面沉積 NiMoO4@MnO2核殼納米結(jié)構(gòu)。利用三

4、電極體系，對其電化學(xué)特性進(jìn)行測試，該電極展現(xiàn)出高的比電容(在1 A g-1下，比電容為976 F g-1)，良好的倍率特性和循環(huán)穩(wěn)定性。NiMoO4納米片參與快速可逆的氧化還原反應(yīng)。同時(shí)，通過高度多孔的MnO2增加其比表面積來促進(jìn)活性材料的利用和電解液的滲透。此外，NiMoO4@MnO2沉積在Ti網(wǎng)上，擁有強(qiáng)的機(jī)械粘附力和良好的電子收集能力。長的循環(huán)穩(wěn)定性歸因于Ti網(wǎng)的良好的導(dǎo)電性減少歐姆電阻的損失和NiMoO4的機(jī)械強(qiáng)度為MnO2作為

5、良好的支撐。⑶通過三步合成法，在石墨烯-泡沫鎳上沉積NiCo2O4@MnO2陣列的分級核殼結(jié)構(gòu)。利用三電極體系，分別在中性電解液和堿性電解液測試其電化學(xué)特性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該電極更適合堿性體系。由于石墨烯的高導(dǎo)電性和耐腐蝕性，多孔MnO2納米片的大比表面積和 NiCo2O4@MnO2核殼納米結(jié)構(gòu)的協(xié)同效應(yīng)，所制備的NiCo2O4@MnO2電極表現(xiàn)出高的比電容（2125 F g-1），優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性（5000次循環(huán)后保持其初始值的93.4