【摘 要】
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随着环境污染和能源危机的日益严重以及可持续发展要求研发绿色可持续储能新技术。超级电容器作为一种新型的电化学储能装置已经引起了广泛关注。将过渡金属氧化物作为超级电容器的电极材料不仅能提供比传统碳材料高的比电容,而且比聚合物材料具有更好的电化学稳定性。但是,超级电容器存在倍率性能和稳定性较差的缺点。因此,通过理性设计和制备具有独特结构的电极材料以提高超级电容器的性能,是目前储能领域的前沿、热点研究方向
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随着环境污染和能源危机的日益严重以及可持续发展要求研发绿色可持续储能新技术。超级电容器作为一种新型的电化学储能装置已经引起了广泛关注。将过渡金属氧化物作为超级电容器的电极材料不仅能提供比传统碳材料高的比电容,而且比聚合物材料具有更好的电化学稳定性。但是,超级电容器存在倍率性能和稳定性较差的缺点。因此,通过理性设计和制备具有独特结构的电极材料以提高超级电容器的性能,是目前储能领域的前沿、热点研究方向之一。本论文中设计并制备了NiO管套线@聚吡咯（PPy）纳米纤维、Sn O2@WO3异质结纳米复合纤维和Co3O4@Bi2O3核壳纳米复合纤维,并对其结构、形貌和电化学性能进行了深入地研究。具体内容如下:1.采用电纺和气相聚合相结合技术构筑了NiO管套线@PPy纳米纤维。该纤维芯层的NiO管套线由于较大的比表面积可以提供相对较高的比电容,而壳层的PPy能提供有效的电子传输路径和额外的赝电容从而改善单独NiO管套线的电化学性能。将该材料作为超级电容器的工作电极,在三电极体系中电流密度为1 A g-1时,比电容为205F g-1,在5 A g-1时进行1000次充放电后,初始电容的保留率约为80%。2.采用同轴电纺和煅烧相结合技术构筑了Sn O2@WO3异质结纳米复合纤维。该材料芯层中的Sn O2纳米纤维可以为电解液离子的传输提供快速通道。壳层WO3纳米颗粒均匀锚定在Sn O2纳米纤维上,可以有效的增大材料的比表面积,利于法拉第赝电容反应的电子传输,从而产生高的比电容。将该材料作为超级电容器的工作电极,在三电极体系中电流密度为1 A g-1时,比电容为287.5 F g-1,在5 A g-1时进行2000次充放电后,初始电容的保留率约为91.2%。3.采用同轴电纺和煅烧相结合技术构筑了Co3O4@Bi2O3核壳纳米复合纤维。芯层中的Co3O4纳米纤维虽然具有较大的反应内阻,限制了电子在材料内部的传输,导致其实际容量偏低,但是Co3O4纳米纤维在超级电容器中表现出的循环稳定性较好。壳层的Bi2O3纳米纤维具有宽的电位窗口和高的比容量。因此构筑的复合纤维具有较高的比电容和较好的循环稳定性。将该材料作为超级电容器的工作电极,在三电极体系中电流密度为1 A g-1时,比电容高达341 F g-1,在5 A g-1时进行2000次充放电后,初始电容的保留率约为88.5%。本文中基于电纺技术成功构筑了三种一维纳米结构材料,并用作超级电容器的电极材料,取得了一些有意义的研究结果,为今后超级电容器电极材料的发展提供了新思路。
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