【摘 要】
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超级电容器是一种新型的储能和能量转换装置,具有功率密度高、循环寿命长、环境友好等特点。它是解决能源问题的重要手段之一。双金属氧化物有非常高的理论比容量,作为电极材料时可以弥补超级电容器能量密度低的缺点。然而双金属氧化物的实际比容量远低于理论值,限制了其实际应用。氧空位作为缺陷工程的一种,可以增加双金属氧化物中载流子的浓度,提高双金属氧化物的导电性,从而提升其实际比容量。本文以钴酸镁作为研究对象,通
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超级电容器是一种新型的储能和能量转换装置,具有功率密度高、循环寿命长、环境友好等特点。它是解决能源问题的重要手段之一。双金属氧化物有非常高的理论比容量,作为电极材料时可以弥补超级电容器能量密度低的缺点。然而双金属氧化物的实际比容量远低于理论值,限制了其实际应用。氧空位作为缺陷工程的一种,可以增加双金属氧化物中载流子的浓度,提高双金属氧化物的导电性,从而提升其实际比容量。本文以钴酸镁作为研究对象,通过控制水热工艺参数制备了不同形貌的Mg Co2O4纳米材料,并且使用不同的方法在钴酸镁中提高氧空位浓度,研究氧空位对钴酸镁电容性能的影响。使用水热法制备具有纳米片状结构的Mg Co2O4微球,在1 A g-1电流密度下比电容达到340 F g-1。使用Na BH4溶液在Mg Co2O4中引入氧空位,探究Na BH4溶液浓度对性能提升的影响。对OV-Mg Co2O4进行表征,结合XPS证明氧空位浓度的提升。引入氧空位后材料比电容提升至460 F g-1,同时具有优异的倍率性能和循环性能。以OV-Mg Co2O4电极为正极,活性炭为负极组成了非对称超级电容器,该器件在功率密度为320 W kg-1时能量密度达18.7 Wh kg-1,表明该材料具有良好的实际应用前景。为了解决纳米片团聚问题,在水热过程中以泡沫镍作基底,在表面原位生长出钴酸镁纳米片阵列。设计正交实验分析了不同因素对电极性能的影响强弱顺序为:Mg盐和Co盐的摩尔比＞NH4F质量＞水热温度＞水热时间。最佳工艺条件为水热温度120℃,水热时间6 h,NH4F的质量0.2775 g,Mg盐和Co盐的摩尔比为1:2。最佳工艺条件下制备的Mg Co2O4/NF电极在电流密度为1 A cm-2时比电容为2603.7 F cm-2。使用H2/Ar气引入氧空位得到OV-Mg Co2O4/NF,比电容相比提升了15%,达到3000.5 F cm-2。氧空位法为拓宽金属氧化物在超级电容器的实际应用提供了新的解决方法。
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