【摘 要】
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由于世界经济、人口的高速增长,传统能源的消耗与日俱增,研发可持续、高效、绿色环保的储能设备成为了学术界的重点课题。超级电容器（SC）由于功率密度高、充放电过程快、循环稳定性好等优点,弥补了传统电容器和电池之间的鸿沟,在快速储能领域极具应用前景。电极材料是决定SC电化学性能的重要因素,具有高电导率和快速离子输运的电极材料对于制备高性能超级电容器具有重要意义。为实现高性能电极材料的低成本制备,本文选择
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由于世界经济、人口的高速增长,传统能源的消耗与日俱增,研发可持续、高效、绿色环保的储能设备成为了学术界的重点课题。超级电容器（SC）由于功率密度高、充放电过程快、循环稳定性好等优点,弥补了传统电容器和电池之间的鸿沟,在快速储能领域极具应用前景。电极材料是决定SC电化学性能的重要因素,具有高电导率和快速离子输运的电极材料对于制备高性能超级电容器具有重要意义。为实现高性能电极材料的低成本制备,本文选择废弃铁观音茶叶作为碳源,将其与过渡金属化合物复合实现双电层储能与赝电容储能相互协同,从而制备具有优异性能的电极材料。茶叶具有特殊的闭合网状脉络结构以及叶脉疏导效应,可以保证溶液在整个叶片内自发且无死角的传输。同时其具有的特殊孔道脉络,对负载粒子起到限域作用并为电解液离子的扩散提供低阻路径。以废茶叶作为碳源在提高生物质利用价值的同时可以实现电极材料的低成本制备。通过高温碳化活化的方法将过渡金属氧化物NiO、过渡金属Ni纳米颗粒与废茶叶衍生的碳材料结合制备出具有高性能以及特殊结构的分层花状NiO/Ni/C复合电极材料。该结构有利于促进电子和电解质离子的传输并增加反应活性面积,加速可逆氧化还原反应的进行。该电极材料在1 A·g-1的电流密度下的比电容达到456 F·g-1,在2000次循环后,比电容保留为初始值的62%,库伦效率接近100%,表现出良好的电化学性能。利用具有更高理论比电容的氢氧化钴与废茶叶衍生的碳材料进行复合,在过渡金属Co2+对废茶叶的催化诱导下制备Co/Co（OH）2/石墨烯复合电极材料。这种独特的石墨烯片层结构不仅可以增加电化学反应活性位点、为电子运输提供低阻路径。而且能够有效地维持离子通道的稳定和开放,防止纳米粒子在充放电过程中发生聚集。同时钴基材料可以作为间隔材料阻止石墨烯的堆叠。该Co/Co（OH）2/石墨烯电极材料在电流密度为1 A·g-1时比电容高达950 F·g-1。其与活性碳组成的不对称超级电容器（ASC）在功率密度为398 W·kg-1时,能量密度达到了38.8 Wh·kg-1。通过循环性能测试结果表明该ASC在经过6000次循环后,其比电容保留值仍可达到70%,库伦效率达到105%。表明该材料具有优异的电化学性能,可以作为具有前景的电极材料应用于超级电容器。
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