生物衍生碳材料-鈷鎳基氧化物納米線復(fù)合電極的制備及在超級電容器領(lǐng)域的應(yīng)用.pdf

1、超級電容器作為一種新型的電化學(xué)儲能裝置，由于擁有充放電時間短，功率密度高，循環(huán)壽命長，安全環(huán)保等優(yōu)點，因此一直激發(fā)著人們的探索熱情。超級電容器的電化學(xué)性能主要是由電極材料決定的，尤其是以過渡金屬氧化物作為電極材料的贗電容器(NiCo2O4，MnO2，NiO，Co3O4等)，由于這些電極材料具有理論電容量大，能量密度高，電極制備易于控制等優(yōu)勢，一直得到廣泛的研究。但是對于過渡金屬氧化物其自身導(dǎo)電性較差，電子傳輸過程中的自損耗嚴重等缺點制約

2、著其發(fā)揮有效的電化學(xué)性能，特別是比電容及能量密度的提升。為了解決上述難題，目前的研究熱點之一是將納米結(jié)構(gòu)的過渡金屬氧化物同碳材料直接相結(jié)合，利用導(dǎo)電性優(yōu)異的碳骨架作為集流體來縮短電子傳輸?shù)交钚圆牧系穆窂?，從而提升整體電極的導(dǎo)電性，進而促進過渡金屬氧化物的電化學(xué)性能接近其理論值。目前常用的碳基底主要包括石墨烯，碳納米管等。雖然這些碳材料能很好的改善整體電極的導(dǎo)電性，但是其在同活性材料相結(jié)合的時候，常常無法避免自身嚴重聚合堆積的問題，這將大

3、大影響整體電極的電子傳輸和電解液滲透。而且石墨烯，碳管高昂的成本，繁瑣的制造過程也限制了其實用性。為了解決上述難題，尋找經(jīng)濟實用同時又具有優(yōu)秀結(jié)構(gòu)的碳集流體，本論文通過尋找合適的天然生物材料—貝殼和麻纖維，經(jīng)過簡單的處理得到結(jié)構(gòu)高度有序連續(xù)且導(dǎo)電性優(yōu)秀的衍生碳材料，為了驗證其作為導(dǎo)電基底的有效性，我們在其表面分別生長了NiCo2O4納米線以及NiCo2O4@PPy核殼結(jié)構(gòu)，之后進行了電化學(xué)測試。具體工作如下:
　　1.以天然生物材

4、料河貝殼的棱柱層為碳源，經(jīng)過凍干和高溫退火后可以得到其衍生的高度有序連續(xù)的多孔碳。其高度連續(xù)性有利于電子快速傳播到整個碳基底，其大孔多通道結(jié)構(gòu)不僅有利于負載更多的活性材料，而且更加有利于電解液的滲透和流通。之后我們在其表面生長了NiCo2O4納米線整列，通過對比發(fā)現(xiàn)，引入碳基底后NiCo2O4的比容量由400F/g提高到1696F/g,同時循環(huán)2000次后容量保持率由79％上升到88％。充分說明貝殼衍生碳基底的引入對NiCo2O4的電化

5、學(xué)性能具有極大的提升作用。
　　2.以麻纖維為碳源，通過高溫退火后可得到其衍生的柔性纖維碳材料，之后我們在其表面生長NiCo2O4納米線，為了進一步提高NiCo2O4的電化學(xué)性能，我們在NiCo2O4納米線表面通過電沉積的方式包覆了一層聚吡咯(PPy)導(dǎo)電聚合物，PPy的存在不僅提升了NiCo2O4的導(dǎo)電性，而且自身也能提供電容量。最終得到的碳纖維@NiCo2O4@PPy復(fù)合電極具有極高的比電容，在1A/g的電流密度下比容量高達2