过渡金属氧化物及其碳复合材料在储能中的应用

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NiCo2O4由于其价格低廉、对环境友好和电化学活性较高等优点在储能领域有了较为广泛的应用。但是其依然存在着许多问题。如在锂离子电池的储能过程中,其动力学反应迟缓,倍率性能差,循环稳定性差等。这主要是由于锂枝晶的生长和循环过程中体积变化过大造成的;对于超级电容器的储能来说其局限的低能量密度和缓慢的动力学限制了其进一步的应用和发展。本文以NiCo2O4作为研究的基体,对其进行复合和改性后将其应用于锂离子电池和超级电容器。本文应用简单的包覆方法制备了NiCo2O4@MnO2和NiCo2O4@MnO2@CN这两种复合材料。一方面将NiCo2O4和NiCo2O4@MnO2应用于超级电容器中,利用多元过渡金属氧化物之间的协同作用及其独特的核壳结构来提高整体复合材料的电化学性能;另一方面同时将NiCo2O4、NiCo2O4@MnO2和NiCo2O4@MnO2@CN作为锂离子电池负极材料,研究结果表明实验过程中制备的NiCo2O4@MnO2@CN复合材料,能够显著提高其反应动力学,而多孔碳材料亦可缓冲复合材料在电化学循环过程中巨大的体积形变,提高其在储锂过程的倍率和循环性能。同时三维立体结构能够显著降低材料的电流密度,促进形成均匀的锂离子沉积位点,抑制了枝晶锂的生长,提高其库伦效率和循环稳定性。实验结果表明,对于超级电容器来说,复合后的NiCo2O4@MnO2具有较高的比电容和优异的电化学稳定性(10 A g-1的电流密度下循环10000圈后其容量保持率高达88.62%);对于锂离子电池来说,NiCo2O4@MnO2@CN复合材料无论从倍率性能还是循环性能来说均优于NiCo2O4和NiCo2O4@MnO2这两种材料(电流密度为0.5 Ag-1时循环500次后可逆容量高达798 mAh g-1)。
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