Co3O4基纳米复合电极材料制备及电化学性能研究

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随着近年来新能源技术的不断开拓,超级电容器(Electrochemical Capacitors,ECs)成为了一种备受关注的储能器件,因其有比容量理论值高、充电效率高、库伦效率高等优点,在新能源汽车、国防、交通等方面展现出无限的商业价值,诸多研究者开始研究各种类型的ECs。但因其较低的能量密度,发展受到了制约。而电极作为ECs的核心部件,对其相关电化学性能有着极其重要的影响,因此改进电极是现如今的研究关键所在。本论文把目光聚焦于Co3O4(四氧化三钴),由于其是半导体,经常被用来制作ECs和锂电的电极、传感器、磁性物质基础材料等。而如今对于Co3O4和Co3O4基二元金属氧化物电极虽已有很多相关研究,但仍存在以下问题:活性位点暴露较少;实际比电容相对理论值较低;不太实用的循环寿命。为了弥补其不足,本论文考虑将Co3O4与NiMoO4(钼酸镍)、CoMoO4(钼酸钴)结合,研究制作一种多孔Co3O4基氧化物纳米材料,并对其结构和电化学性能进行了相关研究。研究内容主要分为以下几个方面:(1)便宜、高导电率的泡沫镍作为集流体,通过水热及退火的方法生长Co3O4纳米线,将其与超级磷、聚四氟乙烯(PTFE)物理涂抹在泡沫镍上制备工作电极,并进行了SEM、XRD表征和CV、GCD、EIS测试及性能分析。(2)通过两步水热及退火的方法生长Co3O4@NiMoO4三维核-壳结构,与(1)同样的方法制备工作电极,并进行了SEM、XRD表征和CV、GCD、EIS测试及性能分析。(3)通过两步水热及退火的方法生长Co3O4@NiMoO4/CoMoO4三维核-壳结构,与(1)同样的方法制备工作电极,并进行了SEM、XRD、XPS、TEM表征和CV、GCD、EIS、BET测试及性能分析。测试结果表明:在1A·g-1的电流密度下,该电极比容量为1880.7 F·g-1,经1000次循环后衰减较少,仍保持有85%。(4)将(3)材料与活性炭组成ECs进行了CV、GCD测试及性能分析。
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