钒基电极材料的改性及其超级电容器性能研究

来源 :哈尔滨理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tanyanlong
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超级电容器(SCs)是一种高效、稳定、环保且极具应用潜力的储能设备。然而,目前SCs能量密度仍然不足以独立完成长时间的能耗系统支撑任务,因此对超级电容器材料提出了更高的要求。VO2(B)具有独特的层状结构及较大的层间距有利于离子的快速传输,被认为是一种有潜力的超级电容电极材料。然而材料的电导率较低、充放电过程中材料的粉化溶解等问题,限制了其在超级电容器中的应用。本文以VO2(B)为研究对象,通过金属阳离子掺杂及原子层沉积包覆方法进行改性,并对其进行材料表征及超级电容器性能测试,具体如下:通过溶剂热法,制备了具有不同镍掺杂浓度的VO2(B)纳米片,并探讨了镍掺杂对电化学性能的影响。Ni掺杂样品均表现出了优于纯VO2(B)材料的超电容性能。在1 M Na2SO4水系电解质体系中,在电流密度为1 A g-1下,Ni-VO2-2电极材料表现出了最优电荷存储能力,质量比电容达124.6 F g-1,优于纯VO2电极(87.2 F g-1)。结果表明,镍离子的引入会引起VO2晶格结构及电子结构的改变,产生更多的缺陷位点并提升材料的电导率,进而改善电极材料的比容量性能、倍率性能及循环性能。VO2(B)在水性电解液中会发生溶解现象,导致电极循环性能较差,基于此,本文通过原子层沉积技术设计并制备了氧化镍包覆下的Ni-VO2电极材料(Ni-VO2@Ni O),探究Ni O包覆对材料电化学性能的影响。在1 M Na2SO4水系电解质体系中,在电流密度为1 A g-1下,Ni-VO2@Ni O-200比容量表现218.5 F g-1。改性后材料在2500次循环测试下,容量保持率为81.8%,明显优于纯VO2样品(38.6%)。以Ni-VO2@Ni O-200作为电极材料,PVA/Na2SO4作为凝胶电解质,设计组装了三明治结构的对称超级电容器,表现出最大能量密度为4.03 W h kg-1(功率密度为55 W kg-1),峰值功率密度为385 W kg-1(能量密度为1.67 W h kg-1),在2500次循环测试后容量保持率为72.8%,表明材料具有一定的实际应用潜力。结果表明,Ni O包覆层可以有效地提升电极材料的比容量及循环稳定性。
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