锌钴基氧硫化物量子点修饰的氮掺杂石墨烯在混合超级电容器中的应用

来源 :兰州大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:fanjiao1989
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
超级电容器作为一种新型的能量储存装置,因为其快速充放电、循环寿命高和功率密度高,是能量存储方面无可替代的一部分。作为超级电容器最核心的电极的设计与制备自然是研究的重点所在。在众多电极材料中,锌钴基氧硫化物具有丰富的电化学活性、超高的导电性以及经济环保受到了研究者们的广泛关注。然而,目前已经报道的锌钴基氧硫化物纳米材料(纳米线、纳米片、纳米棒和纳米花等)虽然体现出了比较优异的电化学性能,但是这些纳米结构总在某一个维度达到了数百纳米左右,而研究表明在充放电的过程中电解液离子在材料的中的扩散极限为20 nm左右,也就是说上述的这些纳米材料无法达到百分百的利用率。此外,目前的纳米材料电极其负载量相对都较低(1 mg cm-2),而要想实现商业化应用,负载量要达到10 mg cm-2左右。针对于上述的问题,本论文以锌钴基氧硫化物作为研究对象,将其纳米尺寸进一步缩小至量子点的尺度(<10 nm),并与石墨烯复合,并对实验参数进行了优化,得到了最优的电化学性能。具体的研究内容如下:(1)首先我们利用两步溶剂热法制备出了ZnCo2O4量子点均匀分布在NG的表面上的ZnCo2O4/NG复合材料。通过对比相同条件下制备出了ZnCo2O4/G,ZnCo2O4和NG的形貌与电化学性能,发现量子点与NG可以防止各自的团聚重叠。此外,为寻求最优的性能,我们通过改变GO和前驱盐的浓度比例,得出了最优的浓度参数。得益于ZnCo2O4量子点和NG的协同作用,最优浓度参数下的ZnCo2O4/NG在1 A g-1下比电容达到607.7 F g-1,在30 A g-1下倍率性能为84.5%,5000次循环后容量保持了89.2%。并选取了最优浓度条件下制备的ZnCo2O4/NG与活性炭进行了非对称器件的组装与电化学测试,其能量密度达到28.3 Wh kg-1。(2)为进一步提升材料的导电性,我们制备了对应的锌钴基硫化物量子点。我们通过在两步溶剂热过程中加入硫源的方式制备出了超小尺寸Zn-Co-S量子点修饰的氮掺杂石墨烯复合材料Zn-Co-S/NG。同时,我们通过改变溶剂中乙醇/去离子水的比例,实现了复合材料中Zn-Co-S纳米颗粒不同尺寸调控,研究不同尺寸大小对于电化学性能的影响。具有最小尺寸的Zn-Co-S/NG在1 A g-1下比容量达到710.7 F g-1,当电流密度提升100倍,也就是高达100 A g-1时,Zn-Co-S/NG-1复合材料的电容值依然达到了443.0 F g-1,电容保留率为62.3%,体现了其超高的倍率性能。此外,通过非对称器件的组装与测试研究了其电化学储能性能,混合器件在功率密度为0.8 kW kg-1时达到了最大的能量密度32.0 Wh kg-1,当功率密度增大到16 kW kg-1时,其能量密度依然保持在20.6 Wh kg-1,表现出了良好的储能性能。(3)为实现自支撑与高负载量,我们通过添加抗坏血酸钠还原剂,实现了Zn-Co-S量子点和NG的复合材料与多孔石墨烯纳米片的共组装,得到了新型的三维自支撑结构Zn-Co-S/HGF。我们通过对作为三维自支撑骨架的石墨烯的优化造孔,同时解决了电子传输和离子传输这一相对矛盾的问题,实现了Zn-Co-S/HGF的商业化高负载量要求(10 mg cm-2)。结果表明,当负载量为1 mg cm-2时,最优的Zn-Co-S/HGF-2电极在10 A g-1下的电容值为567 F g-1,当负载量增加到10 mg cm-2时只有9%的衰减。基于单电极的高负载量,我们又研究了高负载量下的Zn-Co-S/HGF新型复合材料与HGF的混合器件的电化学性能。Zn-Co-S/HGF-2//HGF-2混合器件在面积功率密度为15.75 mW cm-2时面积能量密度高达0.5439 mWh cm-2,表明了商业化实际应用的可能性。
其他文献
对商品混凝土企业供应链管理中存在的问题进行了分析,构建供应链协同控制平台,促进信息共享,使企业在竞争中取得群体优势,实现链上企业整体利益最大化目标。 This paper ana
一、中国古代地图的起源在远古的中国,就流传着地图的故事,最著名的莫过于“龙马负图”和“史皇作图”的传说。学术界认为,中国最早的地理著作《山海经》是源于禹所铸的九鼎
<正>北京林业大学副校长李雄教授在此次论坛上以"风景园林境界的多义性"为主题,阐述了风景园林的缘起以及当下中国园林的发展,分析了当下中国园林生态性、艺术性和文化社会性
采用还原型硅钼酸盐光度法对钢铁中硅含量进行了实验测定,根据测定原理,介绍了试料分解和试液制备的方法,并对最低检出限、精密度、准确度进行了分析,指出实验测定值均在标准样品
目的通过对我院非医学娄大学生急救知识掌握程度以及知识来源的调查,探讨对非医学类大学生急救能力普及的教育、教学方法。方法对我院非医学类大学生采用院外急救知识及技能认
档案数字人文项目是数字技术和档案人文的高度融合。比较中美档案领域数字人文项目可以发现,我国档案数字人文项目起步较晚,项目组成人员不稳定,主要关注档案资源建设的广度;
为探明家蚕耐氟化物机理,以家蚕耐氟品种T6和敏感品种734为材料,通过人工添食NaF的方法测定了其血液与中肠组织蛋白质及谷胱甘肽硫转移酶(GSTs)的活力.结果表明:随着NaF添食浓度
目的:探讨优化急诊护理流程对急性心肌梗死患者抢救效果的影响。方法:以我院60例心肌梗死患者为实验对象并将之分成实验组与对照组。两组患者分别应用优化后的急诊护理流程和
<正>著名气候学家指出森林砍伐是造成巴西干旱的罪魁祸首,而越来越愤怒的公众指责政府和自来水公司应承担责任。诺布雷去年年底曾就此发表过一篇报告,指出政府应为其在过去十
随着我国越来越重视儿童教育,儿童绘本逐渐进入大众的视野,随之催生了各种各样的现象和问题。本文主要探讨了儿童绘本和成人绘本的差别,儿童究竟喜欢什么样的绘本,儿童绘本具