收藏本站
《中南大学》 2011年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于超级电容器用的四氧化三钴的形貌可控制备及性能研究

李艳华  
【摘要】:论文综述了超级电容器的特点、应用和电极材料的最新研究进展,同时也对Co3O4的形貌可控与性能应用等方面进行了全面综述,研究了基于超级电容器用的四氧化三钻的形貌可控制备及性能。论文的主要内容如下: (1)RuO2具有高的比容量,但高昂的价格限制了它在超级电容器中的应用。通过喷雾法首次制备了具有不同RuO2含量的RuO2/Co3O4复合薄膜,并将其用于超级电容器中,以降低RuO2的用量。研究表明:在充放电电流密度为0.2Ag-1时,纯CO3O4、15.5% RuO2复合物、35.6%RuO2复合物和62.3%RuO2复合物的比电容分别为394±8,453±9,520±10和690±14 Fg-1。其中62.3% RuO2复合物的比电容值与文献报道的纯RuO2 (720 F g-1)相接近,降低了RuO2的用量。比较研究发现:在各种电流密度下,62.3% RuO2复合物具有最大比电容;35.6%RuO2复合物不仅在电流密度为0.5,1.0,1.5和2.0 Ag-1时具有最大的来自RuO2贡献的比电容(CspRuO2),而且当电流密度从0.2增大到2.0 Ag-1时具有最高的比电容保持率(46.3±2.8%)。在充放电电流密度为0.2Ag-1时,62.3%RuO2复合物中来自RuO2贡献的比电容值为869±23 Fg-1,高于文献报道的纯RuO2的比电容值(720 Fg-1)。 (2)孔状过渡金属氧化物由于具有好的电容性能而用作超级电容器电极材料。然而,研究者仅合成单一孔径的电极材料。与单一孔径的材料相比,多级孔状材料,由于通过材料的质量传输特性的提高和保持细孔的比表面积,其性能有所改善。论文首次通过聚苯乙烯胶态球和聚乙二醇作模板制备了介孔/大孔Co3O4超级电容器电极材料。为了比较研究,在相同情况下,制备了无孔Co3O4和介孔Co3O4电极。研究表明:在各种电流密度下,介孔/大孔Co3O4电极比无孔Co3O4和介孔Co3O4电极的比电容都大。在电流密度为0.2 Ag-1时,介孔/大孔Co3O4电极的比电容为453Fg-1,是目前孔状Co3O4超级电容器材料中最高比电容值。另外,当电流密度由0.2增加到1.0Ag-1时,介孔/大孔Co3O4电极具有最大的比电容保持率,这说明了介孔/大孔Co3O4电极更适合高速充放电。本研究还提供了一种简单而有效的方法制备用于超级电容电极材料的介孔/大孔过渡金属氧化物。 (3)粉末状Co3O4超级电容器材料在制备电极材料过程中须与导电剂和粘结剂混合在一起。绝缘的粘结剂的使用会导致电极材料内部电阻的增加。论文通过化学沉积法制备了Co3O4薄膜。SEM显示Co3O4薄膜由像球形一样的粗糙表面粒子组成,并且在粒子中存在孔状结构。电化学研究表明:在电流密度为0.2 Ag-1时,Co3O4薄膜具有最大的比电容值为227 Fg-1,这个值大于喷雾沉积法制备的Co3O4薄膜比电容值(74 Fg-1)和连续的离子层吸附与反应法制备的Co3O4薄膜比电容值(165 Fg-1)。当电流密度增加到1.4Ag-1时,其比电容值为152Fg-1。当电流密度由0.2增加到1.4Ag-1,比电容保持率为67%。与其他方法相比,该方法具有成本低,反应条件温和和能沉积大面积薄膜。 (4)考虑到化学浴沉积法制备的Co3O4薄膜用于超级电容器材料时,在大电流密度下的比电容保持率不高,尚需进一步提高。采用了电沉积法制备了Co(OH)2薄膜,然后煅烧Co(OH)2薄膜制备了Co3O4薄膜,并对其电容性能进行了研究。研究表明:在电流密度为0.2 Ag-1时,Co(OH)2薄膜电极,200℃和300℃煅烧Co(OH)2后所得Co3O4薄膜电极的比电容值分别为153.4,150.4和129.1 F g-1。当电流密度从0.2增加到1.0Ag-1时,三种薄膜电极的比电容保持率大于97%;当电流密度增加到2.0 A g-1时,三种薄膜电极中比电容保持率最低值大于88%。这些数值远大于化学浴沉积Co3O4薄膜的电容保持率(67%) (5)以葡萄糖为前驱物,采用水热法合成了胶态碳球,然后利用胶态碳球制备了多层包覆的新型复合材料—Co3O4/CoO/Co/石墨材料。此复合材料与其他研究者采用类似方法制备的物质相比具有完全不同的结构,它们是由多层不同物质组成的球形结构,其最外层是Co3O4,第二层是CoO,第三层是Co,最里面一层是石墨。采用循环伏安和恒电流充放电等方法对Co3O4/COO/CO/石墨的电化学性能进行了测试。研究表明:该材料的电容行为是由氧化还原反应所产生的法拉第赝电容和双电层电容组成,其比电容为25.2 Fg-1,比纯Co3O4的低,但电势窗口为-1.0-0.46V,比纯Co3O4的大。
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TM53

【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 陈玲;二氧化锰—聚苯胺纳米复合材料的制备与电化学性能[D];大连理工大学;2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张卫民,孙思修,俞海云,宋新宇;水热-固相热解法制备不同形貌的四氧化三钴纳米微粉[J];高等学校化学学报;2003年12期
2 张卫民;张玉;董光明;孙中溪;;水热-热解法制备具有一维结构的Co_3O_4多晶[J];高等学校化学学报;2006年10期
3 汪静,林保平,袁春伟;模板技术制备有序大孔含硅聚酰亚胺薄膜[J];化学学报;2004年11期
4 张莹;刘开宇;张伟;王洪恩;;二氧化锰超级电容器的电极电化学性质[J];化学学报;2008年08期
5 吴雯;王永刚;李峰;夏永姚;;模板法制备的有序介孔Co_3O_4的电化学电容行为[J];化学学报;2009年03期
6 郑明波;凌宗欣;廖书田;杨振江;姬广斌;曹洁明;陶杰;;低温热处理制备介孔NiO、Co_3O_4及超电容性能研究[J];化学学报;2009年10期
7 张学骜;满亚辉;王建方;刘长利;吴文健;;聚合物胶体晶模板技术制备三维有序铟锡氧化物大孔材料[J];中国科学E辑:技术科学;2006年09期
8 曹林,周盈科,陆梅,力虎林;纳米氧化钴的制备及其超电容特性[J];科学通报;2003年07期
9 黄可龙;曾雯雯;杨幼平;刘素琴;刘人生;;溶剂热法合成纳米立方状Co_3O_4及其电容特性研究[J];无机化学学报;2007年09期
10 刘冬梅;赵海军;曹洁明;郑明波;刘劲松;;溶剂热-热解法制备具有纳米孔结构的Co_3O_4[J];无机化学学报;2008年04期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 赵国燕;郭金福;卢印;;Cs_3(HSO_4)_2(H_2PO_4)的制备及其导电性研究[J];安阳师范学院学报;2011年02期
2 邵光杰;孙立娟;何佩;张世品;;超级电容器电极材料MnO_2的制备及其性能研究[J];兵器材料科学与工程;2007年04期
3 李凌杰;于生海;雷惊雷;何建新;王敬丰;潘复生;;NaCl介质中AZ31镁合金的动态电化学腐蚀行为研究[J];兵器材料科学与工程;2008年06期
4 徐正彬;贾梦秋;;碳化硼的改性及其在有机硅树脂中的应用[J];北京化工大学学报(自然科学版);2007年S2期
5 李晶;黄丽;;防腐阻燃型玻璃鳞片/环氧树脂涂料的性能[J];北京化工大学学报(自然科学版);2009年S1期
6 张新生;王洁欣;乐园;陈建峰;;Ag@SiO_2纳米复合涂层在大肠杆菌作用下的电化学阻抗谱研究[J];北京化工大学学报(自然科学版);2011年05期
7 姜应律,吴荫顺;钛合金TC4塑性变形后在3%NaCl溶液中的交流阻抗谱[J];北京科技大学学报;2004年06期
8 涂运骅,高瑾,李久青,张薇;镁合金涂装体系盐雾条件下失效过程的电化学阻抗谱特征[J];北京科技大学学报;2004年06期
9 陈旭;杜翠薇;李晓刚;梁平;鲁新如;;含水量对X70钢在大港滨海盐渍土壤中腐蚀行为的影响[J];北京科技大学学报;2008年07期
10 聂向晖;杜翠薇;李晓刚;;温度对Q235钢在大港土中腐蚀行为和机理的影响[J];北京科技大学学报;2009年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 高志明;文丽娟;;阴极保护电位对Q235钢氢脆敏感性和力学性能的影响[A];中国腐蚀电化学及测试方法专业委员会2012学术年会论文集[C];2012年
2 刘洋洋;高志明;王震;;阴极保护对Q235钢空泡腐蚀行为影响的研究[A];中国腐蚀电化学及测试方法专业委员会2012学术年会论文集[C];2012年
3 陶长元;薛红涛;刘作华;杜军;范兴;刘仁龙;;聚二乙烯基乙炔的氢氯化改性[A];中国化工学会2011年年会暨第四届全国石油和化工行业节能节水减排技术论坛论文集[C];2011年
4 康嘉杰;徐滨士;王海斗;王成彪;;基于电学方法的再制造零部件缺陷检测与寿命预测应用基础研究[A];2011年全国青年摩擦学与表面工程学术会议论文集[C];2011年
5 朱振峰;何选盟;;陶瓷颜料的研究现状与进展[A];中国陶瓷工业协会装饰材料专业委员会第五届第三次全体会议暨中国硅酸盐学会陶瓷分会色釉料暨原辅材料专业委员会第二届第三次全体会议论文集[C];2009年
6 唐俊文;邵亚薇;张涛;孟国哲;王福会;;模拟深海环境中环氧粉末涂层失效行为研究[A];高性能防腐蚀涂装及表面保护技术的应用与发展——第16届全国表面保护技术交流会论文集[C];2011年
7 雍兴跃;侯纯扬;武杰;张正;李栋梁;汪磊;李斌;;氧化铝合金在空化作用下的腐蚀电化学行为[A];2010年全国腐蚀电化学及测试方法学术会议摘要集[C];2010年
8 高志明;林峰;宋诗哲;;潮汐发电贯流电机用钢阴极保护时的电化学阻抗谱和表面力学特征[A];2010年全国腐蚀电化学及测试方法学术会议摘要集[C];2010年
9 褚青献;李寒露;王纪孝;王志;张凤宝;王世昌;;聚苯胺纳米纤维在电化学电容器中的应用研究[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(4)[C];2007年
10 胡艳琴;王运福;宋玉哲;韩根亮;李工农;刘国汉;;NASICON固体电解质的制备及其导电性能研究[A];2009中国功能材料科技与产业高层论坛论文集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 常雪婷;海洋优势菌种附着腐蚀Fe_3Al及其复合材料界面与机理研究[D];中国海洋大学;2010年
2 王洪芬;涉海抗菌耐蚀性TiO_2复合薄膜的制备及其性能研究[D];中国海洋大学;2010年
3 王爱萍;改性纳米二氧化钛薄膜制备及其在模拟海水中光生阴极保护性能研究[D];中国海洋大学;2010年
4 刘春侠;锗在锌电积中的行为及添加剂作用的研究[D];昆明理工大学;2008年
5 张启波;咪唑基离子液体在锌电沉积中的作用机理研究[D];昆明理工大学;2010年
6 蒋雪松;用于有机磷农药残留检测的免疫生物传感器的研究[D];浙江大学;2008年
7 黄君冉;用于农药残留检测的压电免疫生物传感器的研究[D];浙江大学;2010年
8 王鹤峰;不锈钢表面氮掺杂二氧化钛薄膜的制备及其性能研究[D];太原理工大学;2011年
9 丹媛媛;PbO_2基纳米氧化物复合功能电极材料的制备及性能研究[D];吉林大学;2011年
10 沈羽;固体氧化物燃料电池阳极及连接材料的制备与性能研究[D];吉林大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 庞宇;纳米TiO_2的表面改性及其对聚氨酯涂层耐蚀性能的影响[D];南昌航空大学;2010年
2 徐珊;奥氏体不锈钢点蚀行为的研究[D];南昌航空大学;2010年
3 李新义;红壤土壤腐蚀直接、连续监测技术的研究[D];南昌航空大学;2010年
4 梁静;钛合金精密腐蚀加工工艺及机理研究[D];南昌航空大学;2010年
5 郭传华;溶剂热技术合成硫化铁和硫化镍纳米粉体[D];辽宁师范大学;2010年
6 李恒;氧化锰及其纳米复合材料的制备与性能研究[D];郑州大学;2010年
7 任振伟;高压扭转工艺对生物镁锌钙合金组织及性能的影响[D];郑州大学;2010年
8 洒盼盼;稀土共发光反应的研究及其纳米材料的相转移法制备[D];山东农业大学;2010年
9 张颖君;聚苯胺对镁合金环氧防护涂层耐蚀性能的影响[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 丛园;缝隙和静水压力环境对316L不锈钢腐蚀行为的影响[D];哈尔滨工程大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李晶;赖延清;李颉;刘业翔;;导电聚苯胺电极材料在超级电容器中的应用及研究进展[J];材料导报;2006年12期
2 程立文;汪继强;谭玲生;;超级电容器的技术与应用市场发展简评[J];电源技术;2007年11期
3 刘春娜;;超级电容器应用展望[J];电源技术;2010年09期
4 张治安,邓梅根,胡永达,杨邦朝;电化学电容器的特点及应用[J];电子元件与材料;2003年11期
5 于凌宇;冯玉萍;;世界超级电容器发展动态[J];今日电子;2008年12期
6 刘建新;超级电容器在直流电源系统中的应用[J];华东交通大学学报;2002年03期
7 左晓希,李伟善;超级电容器用活性炭电极的制备及电化学性能研究[J];华南师范大学学报(自然科学版);2005年01期
8 王晓峰,孔祥华,刘庆国,解晶莹;新型化学储能器件——电化学电容[J];化学世界;2001年02期
9 Mike Dale ,张鲁滨;超级电容器应用于汽车的优势及前景[J];汽车维修与保养;2004年05期
10 陈高峰;徐杰;周寻;杜楠轩;宋谢清;吕进玉;林志东;;氧化钌/聚苯胺复合材料的制备与电化学性能研究[J];石油化工高等学校学报;2009年04期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 杨晓伟;石墨烯基高性能电化学储能材料研究[D];上海交通大学;2011年
2 慈颖;基于碳材料和氧化钌超级电容器的研究[D];中国科学院研究生院(理化技术研究所);2007年
3 李会巧;超级电容器及其相关材料的研究[D];复旦大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前6条
1 李媛;超级电容器电极材料的制备及其电化学性能的研究[D];沈阳理工大学;2010年
2 姜遵群;分级纳米结构的聚苯胺及其复合物的制备与电化学性能[D];华东理工大学;2011年
3 薛露平;石墨烯及其纳米结构复合物的制备和性能研究[D];南京航空航天大学;2011年
4 陈亮;聚苯胺/纳米二氧化锰复合膜制备及在超级电容器中的应用[D];东北大学;2008年
5 赵明;二氧化锰超级电容器电极材料的制备及表征[D];大连理工大学;2012年
6 秦继伟;铁掺杂纳米二氧化锰的制备及其电化学性能[D];大连理工大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈猛,白雪冬,黄荣芳,闻立时;In_2O_3∶Sn和ZnO∶Al透明导电薄膜的结构及其导电机制[J];半导体学报;2000年04期
2 张树高,黄伯云,方勋华;ITO薄膜的半导化机理、用途和制备方法[J];材料导报;1997年04期
3 汪静,李康,钱卫平,袁春伟;垂直沉积法制备二氧化硅胶体晶体及其表征[J];东南大学学报(自然科学版);2003年02期
4 彭波,刘素琴,黄可龙,吴弘;化学共沉淀法制备超级电容器电极材料MnO_2[J];电源技术;2005年08期
5 刘兴泉,陈召勇,李淑华,何泽珍,于作龙;原位氧化还原沉淀水热合成法制备Li_xMn_2O_4尖晶石[J];高等学校化学学报;2002年02期
6 曾庆新,李宏飞,李亚丰,杨国昱,徐吉庆;新型化合物[Ni(en)_2V_6O_(14)]_n的水热合成与晶体结构[J];高等学校化学学报;2002年12期
7 丛海林,曹维孝;胶体晶体中的两种排列方式及堆积模式[J];高等学校化学学报;2003年08期
8 张卫民,孙思修,俞海云,宋新宇;水热-固相热解法制备不同形貌的四氧化三钴纳米微粉[J];高等学校化学学报;2003年12期
9 张卫民,宋新宇,李大枝,俞海云,孙思修;水热条件对立方状Co_3O_4形貌的影响[J];高等学校化学学报;2004年05期
10 毛雅春,冯守华;纳米晶钛镧酸盐的水热合成和表征[J];高等学校化学学报;1998年03期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 孟庆函,刘玲,宋怀河,凌立成;超级电容器用复合炭极板电极的电化学性能[J];电源技术;2004年07期
2 ;Maxwell高性能‘D-CELL’超级电容器,满足汽车和工业市场需求[J];电子产品世界;2006年18期
3 汪形艳,王先友,黄伟国;超级电容器电极材料研究[J];电池;2004年03期
4 张治安,杨邦朝,邓梅根,胡永达;超级电容器氧化锰电极材料的研究进展[J];无机材料学报;2005年03期
5 刘宝华;;中上:剑走超级电容[J];中国汽车界;2009年07期
6 焦其军;;发挥超级电容器和蓄电池在电动车中的作用[J];汽车与配件;2010年22期
7 谢振明;;立足国家级科技强市建设 争创绿色能源结构孵化基地——关于宁波市研发和生产超级电容器的建议[J];宁波节能;2010年03期
8 本刊编辑部;崔大山;;高能镍碳超级电容器 中国首创的电动车新电源[J];时代汽车;2011年09期
9 刘志祥,张密林,闪星,董国君;千法级超级电容器的制备[J];电源技术;2001年05期
10 王晓峰,王大志,梁吉;20伏高电压型碳纳米管超级电容器的研制[J];电子学报;2003年08期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王宇;雷军鹏;朱用;敬春梅;胡敏艺;闫忠强;;基片预处理及电沉积电流密度对超级电容器用二氧化锰薄膜性能影响[A];低碳经济条件下重有色金属冶金技术发展研讨会——暨重冶学委会第六届委员会成立大会论文集[C];2010年
2 魏玮;黄小彬;唐小真;;一种无定形水合二氧化锰/微多孔碳球复合物作为超级电容器电极材料[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
3 姜训勇;张磊;孙立伟;刘庆锁;陆翠敏;;低内阻碳纳米管超级电容器研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第5分册)[C];2010年
4 代红蕾;田艳红;;循环伏安法合成聚苯胺膜用于超级电容器电极的研究[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
5 王贵欣;冯永成;周固民;瞿美臻;张伯兰;于作龙;;碳纳米管在超级电容器中的应用[A];纳米材料和技术应用进展——全国第三届纳米材料和技术应用会议论文集(上卷)[C];2003年
6 单既成;陈维英;;超级电容器与通信备用电源[A];通信电源新技术论坛——2008通信电源学术研讨会论文集[C];2008年
7 孙玥;彭乔;刘不厌;;超级电容器MnO_2微米球的制备及其电化学性质[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第2分册)[C];2010年
8 王贵欣;袁荣忠;周固民;瞿美臻;冯永成;于作龙;;CNTs/LiNi_(0.8)Co_(0.2)O_2复合材料在超级电容器中的应用[A];纳米材料和技术应用进展——全国第三届纳米材料和技术应用会议论文集(下卷)[C];2003年
9 王桂玲;杜建平;张莹;邵光杰;;Co掺杂对二氧化锰超级电容器材料表面形貌的影响[A];中国化学会第28届学术年会第10分会场摘要集[C];2012年
10 王贵欣;周固民;瞿美臻;江奇;王国平;冯永成;张伯兰;于作龙;;两种碳纳米管在超级电容器中的应用[A];纳米材料和技术应用进展——全国第三届纳米材料和技术应用会议论文集(上卷)[C];2003年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 赵文;超级电容器:正在升起的新兴行业[N];科技日报;2004年
2 本报记者 彭友 石丽晖;深圳惠程拟参与组建新能源公司[N];上海证券报;2009年
3 记者 过国忠 通讯员 陈培;我国研制出基于超级电容器的动态电压恢复器[N];科技日报;2011年
4 何永晋;我国有了“超级电容器”[N];科技日报;2000年
5 辽宁工学院 陈永真;超级电容器原理及电特性[N];中国电子报;2003年
6 昆明 兰得春;超级电容[N];电子报;2007年
7 记者 刘丽伟;森塬活性炭自主研发国内空白产品[N];朝阳日报;2010年
8 记者 金晓明;研究支持措施 推进超容产业[N];朝阳日报;2010年
9 李俊记者  王春;超级电容车到底新在哪?[N];科技日报;2006年
10 本报实习记者 薛飞;自主知识产权超级电容车“武装”公交线路[N];中国知识产权报;2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 宋金岩;混合型超级电容器的建模与制备研究[D];大连理工大学;2010年
2 吴洪鹏;石墨烯的制备及在超级电容器中的应用[D];北京交通大学;2012年
3 孟繁慧;基于新型纳米结构超级电容器材料的研究[D];山东大学;2013年
4 孙谊;碳基超级电容器单体性能相关理论与应用技术研究[D];北京交通大学;2013年
5 王新宇;超级电容器用新型电极材料的研究[D];中南大学;2011年
6 陈立锋;碳基复合材料的设计、规模化制备及其在超级电容器中的应用[D];中国科学技术大学;2013年
7 李琛;碳基超级电容器及其电气性能研究[D];大连理工大学;2013年
8 曲群婷;高性能混合型超级电容器的研究[D];复旦大学;2010年
9 李艳华;基于超级电容器用的四氧化三钴的形貌可控制备及性能研究[D];中南大学;2011年
10 高宇;超级电容器用新型高比表面积碳材料电化学性能研究[D];吉林大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 郑丽萍;碳化钙骨架碳的制备及其修饰在超级电容器中的应用[D];湘潭大学;2010年
2 刘凤丹;超级电容器电极制备工艺与纳米门炭电极材料研究[D];天津大学;2010年
3 杨艳静;超级电容器用纳米二氧化锰的制备及电化学性能研究[D];湘潭大学;2010年
4 唐丽;超级电容器用碳质多孔材料的制备及其电化学性能[D];华东理工大学;2011年
5 李媛;超级电容器电极材料的制备及其电化学性能的研究[D];沈阳理工大学;2010年
6 刘志祥;超级电容器相关技术研究[D];哈尔滨工程大学;2002年
7 黄丛聪;超级电容器电极材料的制备及应用[D];山东理工大学;2010年
8 孙津清;添加不同导电剂对超级电容器性能的影响[D];天津大学;2010年
9 朱修锋;纳米MnO_2/C混合超级电容器的研究[D];哈尔滨工程大学;2003年
10 王磊;多肽纤维的制备以及石墨烯基超级电容器的制备及其电化学性能研究[D];西北大学;2011年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026