雙金屬氧化物及其復(fù)合材料的贗電容行為研究.pdf

1、超級(jí)電容器是一種性能介于傳統(tǒng)電容器和電池之間的新型電化學(xué)儲(chǔ)能器件，因其功率高、循環(huán)性能好、充電速度快等優(yōu)點(diǎn)，有望應(yīng)用于軍事、電動(dòng)汽車、風(fēng)能/太陽能發(fā)電以及消費(fèi)類電子產(chǎn)品等諸多領(lǐng)域。在目前報(bào)道的超級(jí)電容器電極材料中，金屬氧化物具有高于碳材料的比容量和優(yōu)于導(dǎo)電聚合物的循環(huán)穩(wěn)定性，最有潛力成為未來高比能量超級(jí)電容器的電極材料。本文根據(jù)目前最為常見的金屬氧化物電極材料NiO和Co3O4贗電容性能的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)制備了雙金屬氧化物及其復(fù)合材料，并根據(jù)

2、分子式的不同將雙金屬氧化物分為AB2O4型、ABO4型和A3B2O8型，分別研究了不同類型雙金屬氧化物及其復(fù)合材料的贗電容行為。
　　(1)采用溶膠-凝膠方法制備了NiO和Co3O4電極材料，系統(tǒng)研究了其贗電容性能（NiO具有高比容量，但倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性較差;Co3O4雖然容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于NiO，卻具有良好的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性）。為了兼?zhèn)銷iO和Co3O4材料贗電容性能的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)制備了基于Ni、Co元素的AB2O4型雙金屬氧化

3、物NiCo2O4;通過控制熱處理的溫度，分別得到了純NiCo2O4和NiO/NiCo2O4/Co3O4復(fù)合材料。結(jié)果顯示NiCo2O4不僅具有高于NiO的比容量，同時(shí)兼?zhèn)淞肆己玫谋堵市阅芎脱h(huán)穩(wěn)定性;NiO/NiCo2O4/Co3O4復(fù)合材料具有更優(yōu)于NiCo2O4的贗電容性能。說明設(shè)計(jì)雙金屬氧化物能使其兼?zhèn)鋬煞N金屬元素氧化物的贗電容性能優(yōu)點(diǎn)，而通過復(fù)合則能夠進(jìn)一步提升氧化物材料的贗電容性能。同時(shí)，通過對(duì)于NiCo2O4中Ni元素的替代

4、，制備了另一種AB2O4型雙金屬氧化物MnCo2O4。MnCo2O4雖然保持了較好的循環(huán)穩(wěn)定性，但比容量和倍率性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于NiCo2O4。說明AB2O4型雙金屬氧化物中，A位元素對(duì)于其比容量和倍率性能具有明顯的影響作用。
　　(2)為了進(jìn)一步研究雙金屬氧化物中A、B兩種元素對(duì)其贗電容性能的影響，分別設(shè)計(jì)制備了ABO4型雙金屬氧化物NiMoO4、 CoMoO4、 NiWO4和CoWO4。通過對(duì)于四種雙金屬氧化物電極材料贗電容性能的研

5、究發(fā)現(xiàn):A位元素對(duì)ABO4型雙金屬氧化物的比容量、倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性具有重要的影響作用，當(dāng)A位元素變化時(shí)，雙金屬氧化物的比容量、倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性會(huì)發(fā)生明顯變化，雙金屬氧化物體現(xiàn)出接近于其A位元素氧化物的贗電容特性;當(dāng)A位元素保持不變，B位元素變化時(shí)，雙金屬氧化物材料的贗電容性能的變化較小，說明B位元素對(duì)于雙金屬氧化物贗電容性能的影響弱于A位元素。
　　(3)為了證實(shí)A位元素對(duì)于雙金屬氧化物贗電容性能的決定性影響作用以及A、B

6、兩種元素的比例對(duì)于雙金屬氧化物贗電容性能的影響規(guī)律，設(shè)計(jì)制備了A3B2O8型雙金屬氧化物Ni3V2O8和Co3V2O8。通過對(duì)于其贗電容性能的表征證實(shí)了A位元素對(duì)于雙金屬氧化物贗電容性能的決定性作用，即雙金屬氧化物材料的贗電容性能主要由處于A位的低價(jià)態(tài)元素所決定;隨著雙金屬氧化物中A、B元素比例的增加，比容量隨之增加。同時(shí)通過對(duì)于Ni系和Co系雙金屬氧化物贗電容性能的系統(tǒng)研究總結(jié)得出:Ni系雙金屬氧化物都具有高的比容量，但其倍率性能和循

7、環(huán)穩(wěn)定性較差（除了NiCo2O4具有良好的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性）;Co系雙金屬氧化物則容量低，但具有良好的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。
　　(4)為全面提升雙金屬氧化物電極材料的贗電容性能，根據(jù)Ni系和Co系雙金屬氧化物贗電容性能的優(yōu)缺點(diǎn)和結(jié)構(gòu)特性設(shè)計(jì)制備了雙金屬氧化物復(fù)合材料（CoMoO4/NiMoO4和Ni3V2O8/Co3V2O8材料），通過控制材料中Ni系和Co系雙金屬氧化物相對(duì)含量的線性變化，最終探明復(fù)合材料的高比容量主要由N