论文部分内容阅读
与锂离子电池相比,超级电容器具有功率密度高、循环寿命长、安全稳定性好等优点,提高其性能的方法包括研发高电化学活性材料、多元复合以及结构设计等。因此,本文研究锌钴过渡金属化合物的合成及电化学性能,首先选择四种基体并研究其预处理工艺,然后水热合成锌钴的碱式碳酸盐、氟代氢氧化物和硫化物,最后分析不同形貌结构、不同基体原位合成电极片的电化学性能。主要结果如下:（1）采用丙酮+不同浓度盐酸+去离子水+乙醇的方案对金属基体进行预处理,其中6 M HCl预处理泡沫镍、12 M HCl预处理钛网;采用丙酮+98%H2SO4/65%HNO3=3/1混酸、60℃水浴1 h+去离子水+乙醇对碳纤维纸进行预处理。预处理有利于成核生长并改善基体的电化学活性。（2）在水热合成锌钴的碱式碳酸盐和氟代氢氧化物时,尿素的加入有利于2D片层结构的生成,而氟化铵的加入有利于1D线柱状结构的生成,氟化铵促进结晶的作用远大于尿素;通过改变锌钴比例实现了不同纳米结构的演变,提出锌离子水解控制该结构演变的反应机理,即锌离子在水热条件下水解形成胶束离子,该胶束离子通过絮凝迅速沉淀,影响原有纳米结构的生长行为。（3）具有不同组成结构的碱式碳酸盐在二次水热硫化后产物的形貌结构也不同:尿素加入量6 mmol的碱式碳酸盐在160℃保温8 h后得到泡沫镍-纳米片-超薄纳米片的分级结构。（4）对比不同形貌结构的泡沫镍基体电极片的电化学性能,1D纳米线形成的3D海胆状结构电化学性能明显优于1D纳米线形成的3D短柱状和簇状结构以及2D纳米片形成的3D花状结构;二次水热硫化后新生纳米结构的增多有利于提高电化学性能。对比不同锌钴比例的碳纤维纸基体电极片的电化学性能时,少量锌离子的加入提高活性材料的比电容;过量锌离子的加入降低活性材料的比电容但改善倍率性能。（5）对比不同基体原位合成电极片的电化学性能,氟代氢氧化钴/泡沫镍电极片在1 A/g下445.9 F/g,2 A/g电流密度下保持率为86.3%;氟代氢氧化钴/碳纤维纸电极片在1 A/g下比容量为146.25 F/g,2 A/g电流密度下保持率为79.3%;而氟代氢氧化钴/钛网电极片在1 A/g下比容量为264.5 F/g,2 A/g电流密度下保持率为84.1%。但泡沫镍基体在合成及电化学测试中存在明显的腐蚀,在利用泡沫镍基体电极片的电化学性能表征活性材料的电化学性能时存在不合理之处,难以准确衡量活性材料的性能好坏;而碳纤维纸和钛网基体不会发生腐蚀,同时电极片中基体的电化学活性较小可忽略不计,可以通过原位生长电极片的电化学性能来衡量活性材料的性能,尤其以钛网为基体,既在不同环境中保持良好的惰性,又实现活性材料与基体的紧密结合,改善极片电化学性能。