Ni基配位化合物的制备及其电化学行为研究

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超级电容器(Supercapacitor),是一种高效、实用的能量储存设备。相对于传统的储能器件,它具有更好的性能:功率密度高、充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等。正因如此,它被广泛应用在各个领域中,如便携式电子产品、混合动力电动汽车、计算机,计算机内存存储系统等。如今,正因为超级电容器成为了一种高效实用的储能设备,各个发达国家都将其视为国家重点战略研究项目,尤其是研究和发展大功率的超级电容器。因此,本文利用简便的水热法,将直接长在泡沫镍上的镍基配位化合物应用在超级电容器中。主要内容如下:(1)通过水热法成功制备了三维网状纳米结构没食子酸镍镍。通过电化学分析,没食子酸镍表现出良好的电化学性能:在电流密度为9 mA cm-2(3A g-1)条件下其比电容达到3.688 F cm-2(1229.3 F g-1),同时,Ni(C7H4O5)三维网状纳米结构即使在超高电流密度40 mA cm-2下,经过5000个循环之后,比电容仍然能维持在87.9%。而且,当我们将Ni(C7H4O5)三维网状纳米结构作为阳极材料,活性炭作为阴极材料组装非对称超级电容器后,发现整个非对称超级电容器器件的电化学性能很好:在电流密度为0.5 A g-1时,器件的质量比电容达到了71.4F g-1,0-1.55V电压范围内,最大能量密度能达到23.8 W h kg-1,最大功率密度为388.2 W kg-1。同时,非对称器件的循环稳定性和库伦效率也表现良好。这些出色的性能都暗示Ni(C7H4O5)三维网状纳米结构在超级电容器中的应用具有极大的潜力。(2)通过水热法成功制备了Ni(C8H6O5,Ni-Tp)金属有机框架材料,同时,为了提高其导电性,我们利用电化学沉积的方法,在其表面沉积一层聚苯胺(PANI)。通过电化学分析,Ni-Tp/PANI表现出良好的电化学性能:在电流密度为20 mA cm-2条件下其比电容达到10.327F cm-2。同时,Ni-Tp/PANI材料在超高电流密度50 mA cm-2下,经过3000个循环之后,比电容仍然能维持在85.35%,说明了Ni-Tp/PANI的循环稳定性良好,且在整个循环过程中的库伦效率都保持在96%以上,说明了整个体系中的电化学反应的可逆性很好。(3)通过水热法成功制备了Ni(C7H4O5)一维纳米阵列。同时,通过电化学分析,Ni(C7H4O5)一维纳米阵列表现出良好的电化学性能:在电流密度为3mA cm-2(1A/g)条件下其比电容达到1.63F cm-2(543.3 F/g)。同时,一维的Ni(C7H4O5)样品在超高电流密度21 mA cm-2(7A/g)下,经过3000个循环之后,比电容仍然能维持在85%,说明了一维的Ni(C7H4O5)样品具有良好的循环稳定性,且整个循环过程中一维的Ni(C7H4O5)样品的库伦效率都保持在94%以上,说明了整个体系中的电化学反应的可逆性很好。
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