铁镍二元金属氧化物纳米材料超级电容器的电化学性能探究

来源 :兰州大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:ran871229
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
超级电容器在能源存储领域作为与电池互补共存的器件之一,以其高功率密度、快速充放电、循环稳定性好、安全环保等优点,如今在城市交通、航空航天、智能电网以及能源动力系统得到了广泛的应用。然而与电池相比,较低的能量密度使其面临着发展的瓶颈,主要原因就是目前负极材料研究的滞后,性能低下,无法满足高性能超级电容器的需求。本论文通过对铁元素单金属氧化物进行研究,加入镍元素制备出高性能的负极材料铁镍二元金属氧化物,并根据文献调研制备了正极材料钴镍硫化物,最后将钴镍硫化物与铁镍氧化物组装成赝电容电容器,以解决超级电容器负极材料性能低下与能量密度低的问题,主要内容如下:(1)铁镍二元金属氧化物纳米材料的制备及电化学性能的探究。以碳布为基底,通过水热法制备了铁镍氧化物的纳米片,对铁、镍元素的比例进行了调控,分别为2比1、1比1和1比2。对铁镍氧化物纳米片进行了SEM、TEM形貌分析,发现铁、镍元素比例为2比1的氧化物纳米片生长最均匀,纳米片薄厚适宜,在碳纤维基底上无脱落迹象,比例为1比1和1比2的氧化物纳米片生长致密,且纳米片较厚且有一定程度的脱落。对纳米片进行结构、成分表征即XRD、Raman、XPS分析测试,表明铁镍氧化物纳米片是沿着一定的晶面方向生长,纳米片里明确含有铁、镍、氧三种元素,铁镍元素均有+2和+3两种化合价态。最后对三种比例的氧化物纳米片进行完整的电化学性能测试,铁、镍元素比例为2比1(Fe-Ni-2-1)氧化物纳米片在2 A/g电流密度下,比电容能够达到667 F/g,50 A/g的大电流密度下比电容依然接近380 F/g,表现了优异的比电容及倍率性能,而铁、镍元素比例为1比1(Fe-Ni-1-1)和1比2(Fe-Ni-1-2)的氧化物纳米片明显性能偏低,在0.5 mA/cm~2的电流密度下分别拥有472 F/g和378 F/g的比电容。以上数据表明铁镍氧化物Fe-Ni-2-1的比电容性能最佳,随着镍元素含量的增加,电化学性能有着明显的下降。(2)钴镍硫化物正极材料的制备。为了组装高性能超级电容器,以碳布为基底,通过电化学沉积法简单的制备了钴镍硫化物纳米片。对其进行形貌与成分分析,表明纳米片在碳布基底上沉积均匀,厚度较薄,呈现多晶结构,元素成分里明确含有钴、镍、硫三种元素,分析XPS能级峰可知钴、镍两种元素大部分处于+2价状态,具备丰富的赝电容反应。进行电化学性能测试,显示纳米片在2A/g的电流密度下有着1643 F/g的比电容,电流密度增加到50 A/g时,比电容依然保持在1267 F/g,保持率为77%,电化学性能非常优异,满足组装高性能超级电容器的需要。(3)钴镍硫化物//铁镍氧化物(Fe-Ni-2-1)高性能超级电容器的组装。以钴镍硫化物为正极材料,铁镍氧化物Fe-Ni-2-1为负极材料组装赝电容超级电容器,进行电化学测试表明,在0.5 mA/cm~2的电流密度下,电容器的面积比电容为134mF/cm~2,在20 mA/cm~2电流密度时,面积比电容为80 m F/cm~2,以10 mA/cm~2的电流密度循环10000圈以后,比电容没有明显的衰减,表明了正、负极材料具有非常优异的电容性能与良好的循环稳定性。负极的基底碳布提供一定的电容,因此我们计算出负极材料铁镍氧化物Fe-Ni-2-1活性物质提供的电容占整个负极电极的电容性能的比例,然后根据这个比例计算出整个电容器里由活性物质Ni-Co-S//Fe-Ni-2-1提供的电容。计算结果显示在0.5 mA/cm~2电流密度下,电容器中由活性物质Ni-Co-S//Fe-Ni-2-1提供的比电容为226 F/g,并且当功率密度为970W/Kg时,能量密度能够达到70.6 Wh/Kg,表现出较高的比电容性能及能量密度。作为对比我们组装了钴镍硫化物//活性碳非对称性超级电容器,能量密度仅仅能够达到23 Wh/Kg,性能远远低于赝电容电容器。以上数据表明由于铁镍氧化物Fe-Ni-2-1优异的电化学性能,组装的赝电容超级电容器具有较高的能量密度以及比电容,倍率性能要好于钴镍硫化物//活性碳非对称性超级电容器,能够满足未来高性能超级电容器对于具有优异性能负极材料的需求。
其他文献
目的研究冠心病心绞痛血管内科治疗的方法和疗效。方法选取100例心绞痛冠心病患者为研究对象,随机分为观察组和对照组,对照组用常规方法,观察组在对照组基础上采取曲美他嗪联
学生之间的个体差异是一种客观存在,具有重要的教学价值,既是有效教学的起点,也是一种巨大的教学资源。在课堂教学中,教师必须改变对“个体差异”的原有态度,由消极的“讨厌”、“
文章通过对京沈客专东伍岭隧道进口出洞工程的分析总结,重点介绍了偏压式隧道的反压处理及洞内出洞的施工控制技术和安全注意事项,工程施工后满足了施工要求,达到了预期效果,
本文重点探讨泰山抽水蓄能电站4号机组检修中上机架回装及中心调整的问题,提出了回装中便于机架调至理想中心位置的可行性建议,为今后类似工作提供价值参考。
目的:分别在HBeAg阳性与阴性慢性乙型肝炎(CHB)框架内,调查天冬氨酸转移酶/血小板比值(APRI)对肝脏炎症和纤维化程度的预测效能差异。方法:纳入初治CHB患者485例,其中HBeAg阳
针对朴素贝叶斯(NB)算法在现实情况中所存在的缺陷,提出一种改进后的朴素贝叶斯算法——树加权朴素贝叶斯(TW-NB)算法。该算法通过引入决策树归纳法(DTI)在属性之间条件独立的集合中
基于防火墙策略路由的网络安全应用研究主要分析了内外部网络安全系统,由于目前信息技术的发展将网络信息资源不断扩充,与此同时在网络资源中出现一些病毒与非法占用网络资源
药品是用于预防、治疗、诊断患者疾病,有目的地调节人的生理功能并规定有适应证或功能主治、用法和用量的物质。人们对药物的认识也不断加深,国内外新药品种(包括生化药品)不断
通过研究钢材控制轧制与控制冷却理论,在汉钢公司高线生产HRB400E盘螺钢筋过程中应用细晶粒轧制技术,实现微合金低锰细晶粒HRB400E盘螺钢筋的研制。该技术建立在微合金的基础
[目的]总结完全腹腔镜下胰十二指肠切除术围术期的护理。[方法]对35例胰腺癌及壶腹周围癌病人行完全腹腔镜下胰十二指肠切除术,同时加强围术期护理。[结果]35例病人均在完全