钼酸钴基复合材料的制备及其电化学性能的研究

来源 :天津大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cabinwyq
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
随着人们可持续发展意识的觉醒,清洁可持续的新能源受到了前所未有的瞩目。因此,可以储存能源的电子设备成为了研究的热点。超级电容器具有高功率密度、长循环寿命、绿色环保的特点,有希望应用于便携式器件和高功率器件。超级电容器虽然表现出较高的功率密度,然而其能量密度普遍不高,限制了其实际应用。改善这一不足最直接有效的方式是对相应电极材料进行优化改性。在诸多电极材料中,过渡金属氧化物/氢氧化物/硫化物具有成分可调、形貌可控、比表面积大、理论容量密度高等优点,可以有效的提高器件的能量密度。但是,这些材料也存在导电率低、离子扩散速率慢、易发生纳米团聚等问题。因此,亟需通过设计调控材料组成、构建合理的纳米结构、合理匹配正负极材料等方法来改善以上问题并探索具有高性能的超级电容器电极材料。本文设计、制备了两种基于钼酸钴(Co Mo O4)的复合材料,探索了材料的组成和制备方法对其形貌的影响、测试了电极材料及其相应的非对称超级电容器的电化学性能,并对其储能机理进行了研究。具体包括以下内容:(1)采用两步水热法制备了Co Mo O4@Ni3S2核壳纳米阵列。通过改变第二次水热过程的反应时间,可以实现核壳结构的可控制备。第二次水热时间为8 h的样品表现出明显的交联多孔的纳米棒核壳结构,并且将其作为超级电容器电极材料时也呈现出最佳的电化学性能。该复合材料在5 m A cm-2的电流密度下面积比电容达到11.02 F cm-2,且当电流密度增大到30 m A cm-2时比电容仍能保持70.8%。此外,将该材料在20 m A cm-2下循环充放电3000次后,比电容保持率为57.7%。探索了Co Mo O4@Ni3S2材料的储能机理,其中同时包含表面控制电容和扩散控制电容,且扩散控制的电容占主导地位。将该材料与活性炭负极组装成非对称超级电容器同样显示出理想的电化学性能。非对称超级电容器的工作窗口为1.6 V,当功率密度为4 m W cm-2时可以表现出0.412 m Wh cm-2的高能量密度,且在20 m A cm-2电流密度下循环3000圈后仍能有81.25%的比电容保持率。(2)采用两步水热法制备了Co Mo O4/Ni Zn-LDH复合材料。通过控制Ni元素和Zn元素的配料比,可以对复合材料的微观形貌进行可控调节。探究了复合材料中Ni元素与Zn元素的加入对其电化学性能的主要影响。当Ni元素与Zn元素的加入比例为2:1时,材料的电容性能达到最高。该材料在5 m A cm-2时面积比电容可以达到11.41 F cm-2,当电流密度增大到50 m A cm-2时,面积比电容仍能保持在5 m A cm-2时51.4%(6.61 F cm-2)。此外,将该材料在20 m A cm-2下循环3000圈后,比电容保持率为72%。将该材料作为正极,活性炭作为负极组装成非对称超级电容器器件,并对其进行电化学表征。结果表明,非对称超级电容器同时具有较高的能量密度和功率密度,在功率密度为4 m W cm-2时可以表现出0.544 m Wh cm-2的高能量密度。
其他文献
钢铁材料是工业生产中应用最为广泛的一种材料,但是其在服役过程中的由腐蚀而造成的经济损失和安全隐患是巨大的。通过自组装技术在铁表面修饰缓蚀剂分子膜,生成的自组装膜层致密均匀,可以有效地将铁基底与腐蚀介质隔开,从而稳定铁表面的电化学状态,达到减缓腐蚀的目的。金属离子诱导的配位自组装是为了提升自组装薄膜致密度和厚度而提出的一种新策略,已经在分子催化、水净化、细胞成像等领域取得了快速的发展。配位自组装技术
学位
抗生素的滥用导致耐药细菌不断出现,对人类健康和全球公共卫生造成了严重的威胁。因此,亟需开发新型无抗生素抗菌策略。近年来,光响应抗菌策略有望成为代替抗生素的治疗手段。碳纳米材料由于具有优异的理化性质和近红外光强吸收,作为新型光响应纳米抗菌剂被广泛研究。然而,传统的碳纳米材料共轭带较长,光吸收能力有限。单一组分的碳材料和单一的抗菌手段也难以实现高效的细菌灭活。因此,迫切需要开发以碳纳米材料为载体的协同
学位
21世纪以来,过度使用化石燃料导致空气环境污染和全球气候变暖,开发清洁、可再生的化石燃料替代品已是当务之急。氢气是一种有前途的能源载体,其能量密度远远超过汽油和煤炭。与此同时,氢气燃烧产物是水,不会产生环境污染。电解水制氢技术是一种高效、无污染的制氢方法。一般来说,电催化水分解由两个半反应组成,即析氢反应(HER)和析氧反应(OER)。电催化制氢的阻力主要来自于缓慢的动力学所导致HER和OER中高
学位
9Cr-ODS(Oxides dispersion strengthening)钢具有优异的蠕变性能和抗辐照性能,是未来新一代核反应堆的候选材料之一。然而9Cr-ODS钢中Cr含量较低,抗腐蚀性能较差,这成为制约其实际应用的关键问题之一。通过在9Cr-ODS钢中添加高含量的Al,可以大大提高其抗腐蚀性能,但同时也会对力学性能产生影响。为了兼顾ODS钢的力学性能和抗腐蚀性能,本文研究了Zr和Al元素
学位
传统导电水凝胶普遍存在力学性能差、导电内部结构不均一等问题,这严重限制了导电水凝胶的应用前景,因此导电水凝胶力学性能、抗冻、抗干性能亟待改善。丙烯酰胺与丙烯酸具有良好的亲水性,可以通过交联形成稳定的聚丙烯酰胺-丙烯酸水凝胶基体(PAAM),Fe3+可以与PAAM配位形成离子交联增强水凝胶的机械性能同时赋予水凝胶优异的离子导电性能,但PAAM-Fe3+导电水凝胶的力学性能、抗冻、抗干性能仍不能满足柔
学位
本论文旨在通过设计分子结构制备高效自愈合的自修复水凝胶,探究自修复与交联键类型的关系,基于此优化结构设计组装全水凝胶的一体化柔性超级电容器和具有良好界面亲和性的纸基微型超级电容器,以提升柔性储能器件的使用寿命、拓展超级电容器的应用领域。主要研究内容如下:为了解决柔性储能器件的层间剥离与结构损坏问题,通过一步反应聚合制备了自愈合型两亲性超分子凝胶,研究了自愈合凝胶中的离子缔合作用,分析阻抗与凝胶微观
学位
能源危机与环境污染问题的日益加剧,可再生清洁能源的发展具有重要意义。氢气是一种理想的清洁能源,电解水制氢方式是大规模工业制氢的主要途径之一。为提高电解水制氢装置的效率,设计制备高效稳定的电极材料是重中之重。在众多过渡金属化合物电极材料中,过渡金属二硫化物(TMDs)因其边缘位点表现出良好的析氢活性而被广泛研究,但大多数TMDs呈2H相,其基面的半导体性与催化惰性限制了发展。ReS2是一种具有热力学
学位
氢能是一种能量密度高、清洁绿色无污染的可再生能源。目前电解水制氢是最具潜力的氢气制备方式。在电解水催化剂中,钴基化合物催化剂具有储量丰富、成本低廉及种类多样等特点,通过调控钴基化合物催化剂的微观形貌、化学成分以及电子结构等性质,可以有效提升电催化活性。在电催化剂的改性策略中,杂原子掺杂和异质结构构建是两种简单高效的方式。金属原子掺杂可以影响基体的电子结构,改善过渡金属基材料的电子转移能力及本征催化
学位
电催化产氢(HER)是制备高效清洁氢能的有效手段,但目前电催化剂中应用最多的是Pt基材料,由于其含量少、价格贵等原因,开发廉价高效的非贵金属催化剂具有重要意义。铜基材具有廉价、导电性好等优点,但d轨道满电子填充使其具有较弱的氢吸附能,限制了其在电催化产氢中的应用。本论文设计了CuAg不互溶合金纳米片,调节Cu的电子结构,提升其催化性能。采用渗锌法制备了铜银偏析纳米片晶体,并用酸腐蚀法将多余锌腐蚀,
学位
压电复合材料以其具备高压电性能、低阻抗的性能特点而受到了压电发电、柔性穿戴发电机等研究领域的广泛关注。本文提出了一种新型的具有多孔性状的压电陶瓷与环氧相复合形成的3-3型压电复合材料,研究结果表明这种结构的压电复合材料具有优异的压电发电性能。本文采用了有机泡沫浸渍法制备了多孔结构的PZT-PZN-PNN陶瓷材料,探究了陶瓷浆体中陶瓷相浓度、浆体p H等对复合材料压电性能的影响;通过预极化工艺处理多
学位