金属镍基复合电极材料的制备及电化学性能的研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:jiandande
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目前,能源问题是我国乃至全世界都亟需解决的问题。面对这一问题,开发新型能源转换以及存储装置尤为重要,超级电容器是一种新型的储能设备,其具有明显的优势,比如温度适应性好、功率密度高、使用寿命长、充电时间比较短以及绿色环保等。目前,电极材料的选择是制约超级电容器的主要原因之一。对于我国这样的农业性大国,将生物质材料利用于电极材料,提高了其利用率的同时也可以缓解环境压力。相比较于我们以往所用的传统的对于碳纳米材料的制备,我们在本文中利用了静电纺丝的方法,此方法因其操作过程方便、设备简便、成本低、可以直接且连续制备碳纳米纤维而被广泛关注。本文采用一步煅烧法、静电纺丝法以及水热合成法,制备了生物质炭材料以及各种碳纳米复合材料。并且利用扫描电镜(SEM)、拉曼、氮气吸脱附(BET)、光电子能谱(XPS)等不同测试手段,对所制备的不同复合材料进行微观结构及性能的分析,采用电化学工作站对不同材料的电化学性能进行了测试。论文取得了以下研究成果:(1)利用KNO3、K2CO3和ZnCl2充当活化剂,大麻秸秆为原材料,利用一步煅烧法在管式炉中制备生物质炭材料。对其进行表征分析,具有微孔和中孔等介孔结构,比表面积达到1145.94 cm2 g-1。在KOH电解液中测试其电化学性能,在1 A g-1的电流密度下其比电容可以达到179.3 F g-1,并且在10 A g-1的电流密度下比电容还可以达到149.0 F g-1。其电容寿命可以在5000次充/放电循环后,比电容保持率高达96.14%。(2)以生物质炭取代部分聚丙烯腈(PAN)作为混合碳源,磷源使用次磷酸钠提供,使用乙酸镍作为镍源,利用静电纺丝和水热合成的方法制备复合碳纳米纤维材料,从镍源使用量、碳化温度、水热温度以及水热时间多方面考察。将制备的复合Ni2P/碳纳米纤维复合材料用作超级电容器的电极材料时,所展现的电容性能相对优异。在电流密度为1 A g-1时,其比电容可以达到367.5 F g-1。在电容密度增加到10 A g-1,电容还可以保持在280.4 F g-1,电容保持率为76.30%。并且在1 A g-1电流密度下充/放电循环5000次之后电容不降低。(3)将部分制备的生物质炭取代PAN当做混合碳源,硫代乙酰胺作为硫源,乙酸镍作为金属镍源,经过静电纺丝形成纳米纤维,通过高温碳化以及水热合成形成NiS/碳纳米纤维复合材料,考究替代生物质炭含量、镍源含量、溶剂热温度以及溶剂热时间等因素,将所得复合碳纳米纤维材料用作电极材料时,表现出较优异的电容性能。在1 A g-1的电流密度下其比电容可以达到516.2 F g-1,并且在10 A g-1的电流密度下比电容还可以达到388.7 F g-1。其电容寿命可以在1000次充/放电循环后,其比电容保持率高达87.70%。
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