镍基超级电容器电极材料的研究

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超级电容器是近年来出现的一种新型能源器件,性能介于传统电容器和电池之间,具有高能量密度、高功率密度、循环寿命长、污染小等特点。超级电容器在电力、铁路、绿色能源、军品、航空航天领域的各种快速大功率启动系统、无人值守与移动能源系统、后备电源系统等方面都有极其重要的应用价值。根据储能原理,超级电容器可分为双电层电容和赝电容两类,从结构上看,超级电容器主要由极化电极、电解液、集流体、隔膜以及相应的辅助部件组成。超级电容器的研究主要集中于高性能电极材料的制备。目前,常用的电极材料主要有炭材料、金属化合物和导电聚合物(Electrically Conducting Polymer,ECP)。复合材料,例如炭/氧化物,炭/ECP,氧化物/导电聚合物,其它复合物等。由于能利用各组分间的协同效应提高整体性能,已成为目前人们研究的热点之一。本论文的工作主要为:有序中孔炭(Ordered MesoporousCarbon, OMC)的研制;镍化合物/有序中孔炭复合材料研究;二元化合物(Ni-Fe,Ni-Mn)/有序中孔炭复合材料协同效应研究。复合材料通过XRD, TEM, N2等温吸附脱附曲线,循环伏安,交流阻抗和循环寿命等手段进行了表征。论文的主要研究内容和创新点如下:1.采用SBA-15为模板制备了有序中孔炭。实验研制的有序中孔炭,采用蔗糖、糠醇为碳源,孔径分布较窄,平均孔径为4nm,比表面积高达1500m2g-1,在2M KOH水溶液中,扫描速率为5mV s-1下,有序中孔炭的比电容为250F g-1;2.首次采用微湿含浸水热法制备的碱式硝酸镍(Ni2(NO3)2(OH)2·2H2O)/OMC复合材料有较高的比电容1470F g-1,由于极好的电化学性能,对环境无污染和低成本,是较为理想的电极材料,开创了碱式硝酸盐作为超级电容器材料的先河,其发现将是世界超级电容器电极材料具有里程碑的跨越;3.首次采用微湿含浸水热法制备Ni-Mn二元化合物/OMC和Ni-Fe二元化合物/OMC复合材料,对其循环伏安和交流阻抗系统研究,证明组分间存在较好的协同效应,比电容较单一金属材料有所提高;4.首次通过微湿含浸水热法制备的Mn化合物/OMC复合材料,主体材料OMC可以提供碳源,将硝酸锰转化成MnCO3,在2M KOH水溶液,扫描速率为5mV s-1时,比电容高达380F g-1,而MnO2/OMC,复合材料比电容只有200F g-1
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