雙金屬氧化物及其復合材料的贗電容行為研究.pdf

1、超級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儲能器件，因其功率高、循環(huán)性能好、充電速度快等優(yōu)點，有望應用于軍事、電動汽車、風能/太陽能發(fā)電以及消費類電子產(chǎn)品等諸多領域。在目前報道的超級電容器電極材料中，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，設計制備了雙金屬氧化物及其復合材料，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雖然容量遠遠低于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，設計制備了基于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復合材料。結果顯示NiCo2O4不僅具有高于NiO的比容量，同時兼?zhèn)淞肆己玫谋堵市阅芎脱h(huán)穩(wěn)定性;NiO/NiCo2O4/Co3O4復合材料具有更優(yōu)于NiCo2O4的贗電容性能。說明設計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，而通過復合則能夠進一步提升氧化物材料的贗電容性能。同時，通過對于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遠低于NiCo2O4。說明AB2O4型雙金屬氧化物中，A位元素對于其比容量和倍率性能具有明顯的影響作用。
　　(2)為了進一步研究雙金屬氧化物中A、B兩種元素對其贗電容性能的影響，分別設計制備了ABO4型雙金屬氧化物NiMoO4、 CoMoO4、 NiWO4和CoWO4。通過對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A位元素變化時，雙金屬氧化物的比容量、倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性會發(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A位元素保持不變，B位元素變化時，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A位元素對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、兩種元素的比例對于雙金屬氧化物贗電容性能的影響規(guī)律，設計制備了A3B2O8型雙金屬氧化物Ni3V2O8和Co3V2O8。通過對于其贗電容性能的表征證實了A位元素對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。同時通過對于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)缺點和結構特性設計制備了雙金屬氧化物復合材料（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含量的線性變化，最終探明復合材料的高比容量主要由N