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《兰州理工大学》 2009年
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SBA-15分子筛/金属氢氧化物复合材料的制备及其超级电容性能研究

孙林林  
【摘要】: 论文综述了超级电容器的国内外研究现状及超级电容器电极材料的最新研究进展,并制备了超级电容器电极材料,即SBA-15分子筛/金属氢氧化物复合电极材料。采用TGA、XRD、FT-IR、SEM、TEM和BET等检测表征手段对电极材料的微观结构和形貌进行分析,采用恒电流充放电、循环伏安(CV)和电化学阻抗(EIS)等技术测试电极材料的电化学性能。主要内容如下: 1.以三嵌段共聚物表面活性剂P123(Aldrich,EO_(20)PO_(70)EO_(20),Ma=5800)为模板,以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,在酸性环境条件下,采用水热合成法制备SBA-15分子筛。并采用不同浓度的硫酸溶液对SBA-15分子筛的骨架及孔道结构进行功能化修饰。系统研究了SBA-15分子筛的晶体结构、形貌特征、孔径大小及孔径分布、合成机理,并对分子筛的电化学性能进行了测试分析,结果表明,制备的SBA-15分子筛具有二维六方有序结构,结构完整均一且具有较高的结晶度,孔径主要分布在5-8nm之间,平均孔径大小为5.8nm,比表面积和孔体积大小分别为944.3m~2/g和1.14cm~3/g。硫酸改性SBA-15分子筛粒径增大,结构疏松,比表面积增大,但二维六方有序结构没有发生变化。循环伏安、恒电流充放电等电化学测试结果表明,SBA-15分子筛制备的单电极几乎不产生超级电容,电化学性能较差。 2.以NiCl_2·6H_2O和氨水为原料,分别以SBA-15和改性SBA-15分子筛作为载体,采用简单化学沉淀法制备了SBA-15/Ni(OH)_2和改性SBA-15/Ni(OH)_2复合超级电容器电极材料。对制备出的分子筛基复合材料的微观结构和形貌进行了表征检测,研究了复合材料的电化学电容特征,详细讨论分析了材料的晶体结构、形貌特征、放电电流密度、以及分子筛在复合材料中所占质量分数的不同对复合材料比容量的影响。结果表明,SBA-15/Ni(OH)_2复合材料中的活性材料Ni(OH)_2由层状结构的α-Ni(OH)_2构成,且活性材料包覆在SBA-15的表面生长,并形成纳米尺寸的蜂窝孔状结构。电化学测试结果表明,复合材料的比容量由双电层电容和赝电容构成,且比容量随着SBA-15分子筛在复合材料中所占质量分数的增大而减小,随着充放电电流密度的增大而减小。改性SBA-15/Ni(OH)_2复合材料具有比SBA-15/Ni(OH)_2复合材料更好的超级电容性能和较小的电荷传递阻抗,改性SBA-15/Ni(OH)_2复合材料的最大比容量为1081.7F/g,而SBA-15/Ni(OH)_2复合材料的最大比容量为948.5F/g。 3.以CoCl_2·6H_2O和氨水为原料,分别以SBA-15和改性SBA-15分子筛作为载体,采用简单化学沉淀法制备了SBA-15/Co(OH)_2和改性SBA-15/Co(OH)_2复合超级电容器电极材料,并通过热处理SBA-15/Co(OH)_2复合材料前驱体制备了SBA-15/CO_3O_4复合材料。系统研究了复合材料的晶体结构、形貌特征、充放电机理、放电电流密度、热处理温度及分子筛在复合材料中所占质量分数的不同对复合材料比容量的影响。研究结果表明,SBA-15/Co(OH)_2复合材料中的活性材料Co(OH)2由α-Co(OH)_2构成,且活性材料包覆在SBA-15的表面生长,并形成了具有疏松结构且相互交错的纳米片状花样结构和无定形颗粒组成的表面形貌。电化学测试结果表明,SBA-15/Co(OH)_2复合材料具有良好的超级电容性能,且复合材料的比容量随着SBA-15分子筛在复合材料中所占质量分数的增大而减小,随着充放电电流密度的增大而减小,同时复合材料的比容量也随着热处理温度的升高而减小。SBA-15/Co(OH)_2复合材料的最高比容量为471.25F/g,而改性SBA-15/Co(OH)_2复合材料的最高比容量为457.8F/g。
【学位授予单位】:兰州理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TM53

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