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基于镍(氢)氧化物和碳材料的电化学电极材料的性能研究

陈旋  
【摘要】:超级电容器是一种介于传统电容器和电池之间的新型储能元件。与传统静电电容器相比,超级电容器具有更高的能量密度;与电池相比,具有更大的功率密度。超级电容器具有瞬间释放大电流、充放电效率高、循环寿命长等特点。在移动通信、信息技术、消费电子、电动汽车、航空航天和国防科技等领域具有重要和广阔的应用前景,在世界范围内引起了极大关注,因此开展超级电容器材料的研究具有很大的意义。本文主要内容分为以下几部分: 首先以水热法合成出NiO材料及NiO基复合材料,采用X射线衍射、扫描电镜、循环伏安、恒流充放电、交流阻抗等测试手段,对其进行了结构、形貌表征和电化学性能测试,筛选出各方面性能俱佳的NiO材料。研究测试表明:用水热法在乙二醇--水体系下制备的NiO材料及其复合材料,具有典型的电化学电容特性,其循环可逆性和比容量均得到有效的提高,比容量分别达到340 F·g~(-1)和246 F·g~(-1)。 第二部分本文进行了以新疆煤炭为原料用化学活化法制备活性炭电极材料的研究。煤制活性炭与其他体系制备的活性炭相比,颗粒粒径达到微米级,比表面积较大,容量较高。采用氢氧化钾:煤的质量比为3:1,经过一步法得到的活性炭电极材料较两步法来说拥有更小的粒径,分散性更高,中孔率更高,等效串联电阻和电荷传输电阻更小,具有更优的性能,更适合做超级电容器电极材料。其比容量在扫速为5 mV·s~(-1)时的为160 F·g~(-1),而经过两步法制备的活性炭电极材料在同等扫速下的比容量为115 F·g~(-1)。 第三部分用化学沉淀法制备了NiO/AC复合材料,以煤制活性炭所制备的NiO/AC复合材料电化学性能测试表现较好,拥有大电流下充放电容量保持率和高的比容量,当扫速达到150 mV·s~(-1)时,其容量为85 F·g~(-1)。电沉积法制备的Ni(OH)2/CNTs复合材料具有非常高的比容量且循环性能较好。


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