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《扬州大学》 2018年
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镍基双氢氧化物/磷化物复合材料超电容行为研究

李丹丹  
【摘要】:近年来,日益严峻的环境和能源问题促进了新型清洁能源储能器件的发展。超级电容器(电化学电容器),作为储能器件之一,由于其具有循环寿命长、功率密度和能量密度高、充放电速度快及成本低等优点,成为目前研究的热点之一。基于此,具有优异电化学性能的电极材料的开发研究成为了一项重要的研究内容。镍基材料由于理论比电容高、资源广泛、价格低廉及环境友善等特点而备受人们的关注。本文以镍基双氢氧化物和镍基磷化物为基础,将其分别与其它材料复合,制备具有独特微观结构的复合材料,旨在改善及提高其电化学性能。主要研究内容及结论如下:(1)Ni/Al-LDH与碳布(CC)复合材料(Ni/Al-LDH/CC)的制备及其电容性能研究。通过简单的一步水热法将Ni/Al-LDH直接复合到CC基底表面,成功制备出复合柔性电极材料。其独特的3D开放结构促进电解液与电极材料更加充分的接触,促使电化学活性物质能够被充分利用。同时,Ni/Al-LDH/CC可直接用作电极而无需外加粘合剂,有利于减少界面阻力及增强电化学传输速率。电化学测试结果表明,该复合材料具有良好的电容性能:0.3 A·g-1的电流密度下,比电容为359.2 F·g-1 3000次恒电流充放电(GCD)循环后比电容增加5.9%。此外,将Ni/Al-LDH/CC与活性炭(AC)电极分别作为正极和负极组装为非对称超级电容器(Ni/Al-LDH/CC//AC),其工作电压达到1.6V,且功率密度为0.27kW.kg-1时,能量密度为20.9Wh·kg-1,0.5A·g-1电流密度下,3000次GCD循环结束后,比电容值保留了 83.9%。(2)Ni-P@Ni-Co复合材料的制备及超电容行为研究。通过两步水热法,以微米级球状Ni-P为前驱体,将Ni-Co纳米复合材料均匀包覆在微球表面,合成微纳结构核壳状复合材料,以增强材料的稳定性,同时利用Ni、Co之间的协同效应以优化镍基磷化物的电容性能。研究表明,Ni-P@Ni-Co比表面积可达74.2 m2·g-1。该材料作为超级电容器电极材料时,表现出良好的电容性能:1A·g-1电流密度下,比电容可达1121.1F·g-1,且当电流密度增加到20A·g-1时,比电容仍达到879.2F·g-1。同时2A·g-1电流密度下5000次GCD循环后,比电容仍保留了 95.8%。将Ni-P@Ni-Co作为正极,AC作为负极组装成非对称电容器(Ni-P@Ni-Co//AC),工作电压为1.6V的条件下,功率密度为0.4 kW·kg-1时,能量密度可达到28.9 Wh·kg-1。此外,1A·g-1电流密度下GCD循环5000次后,比电容保留了 89.1%,且具有接近100%的库伦效率。
【学位授予单位】:扬州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TB332;TM53

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