Co3O4基復(fù)合電極材料的制備與電化學(xué)性能研究.pdf

1、超級(jí)電容器作為一類(lèi)新型綠色儲(chǔ)能器件，具有功率密度高，循環(huán)壽命長(zhǎng)，充放電速度快以及環(huán)境友好等顯著優(yōu)點(diǎn)，有望成為下一代能源存儲(chǔ)設(shè)備。根據(jù)電荷存儲(chǔ)機(jī)制，超級(jí)電容器大致可以分為兩類(lèi)，即雙電層電容器和贗電容器。碳材料屬于雙電層電容，主要通過(guò)電極/電解液界面發(fā)生可逆的靜電離子吸附來(lái)存儲(chǔ)電荷。過(guò)渡金屬氧化物和導(dǎo)電聚合物屬于贗電容，主要利用電極材料表面發(fā)生的快速可逆的法拉第氧化還原反應(yīng)來(lái)存儲(chǔ)電荷。目前，對(duì)于贗電容超級(jí)電容器的研究主要集中在過(guò)渡金屬氧化物

2、，其豐度高，價(jià)格低廉；典型的Co3O4具有豐富的法拉第贗電容，理論比電容相當(dāng)高，但循環(huán)穩(wěn)定性和速率比電容性能仍不能滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。最近，幾種電活性材料組合后的多組分復(fù)合材料由于協(xié)同效應(yīng)的作用表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。本論文針對(duì)Co3O4電極材料的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)并合成了兩種Co3O4基復(fù)合電極材料，對(duì)其電化學(xué)性能作了充分研究和討論。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　（1）通過(guò)簡(jiǎn)單的水熱法和化學(xué)浴沉積法在泡沫鎳集流體上制備了Co3O4@NiCo2

3、O4復(fù)合電極材料。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，Co3O4@NiCo2O4復(fù)合電極材料在3 mA/cm2電流密度下面積和質(zhì)量比電容分別達(dá)到1.33 F/cm2和1330 F/g，優(yōu)于原始的Co3O4電極材料（0.42 F/cm2和840 F/g）。而且具有優(yōu)異的速率比電容，即使電流密度增大到30 mA/cm2，比電容仍能保持原始的72％。同時(shí)， Co3O4@NiCo2O4復(fù)合電極材料具有超高的循環(huán)穩(wěn)定性（5000圈后比電容保持率為100.7%）。

4、
　　（2）通過(guò)簡(jiǎn)單的溶劑熱法和電化學(xué)沉積法在泡沫鎳集流體上制備了Co3O4@PPy復(fù)合電極材料。研究了第二步電化學(xué)沉積過(guò)程中不同的吡咯（Py）單體濃度和電沉積時(shí)間對(duì)雜化結(jié)構(gòu)材料形貌的影響，結(jié)合電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果得到了沉積時(shí)間和吡咯（Py）單體濃度最優(yōu)化方案（288 mM，8 min）。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，Co3O4@PPy電極材料在2 mA/cm2電流密度下面積和質(zhì)量比電容分別高達(dá)2.11 F/cm2和1762 F/g，約為原始

5、Co3O4電極材料的4倍和1.6倍（0.54 F/cm2和1082 F/g）。而且 Co3O4@PPy電極材料的等效串聯(lián)電阻（0.238Ω）比Co3O4電極材料（0.319Ω）更低。此外，該電極材料在功率密度為418 W/kg時(shí)的能量密度高達(dá)61.2 Wh/kg，即使在大功率密度4180 W/kg下能量密度仍達(dá)到39.7 Wh/kg。具有介孔結(jié)構(gòu)和高比表面積的Co3O4@PPy三維雜化電極有利于電解液的浸潤(rùn)，促進(jìn)電子和離子的擴(kuò)散，加快電