雙金屬納米復(fù)合材料的可控合成及其超級電容器應(yīng)用.pdf

1、隨著化石燃料使用消耗過快和環(huán)境污染問題的日益嚴(yán)重,我們對探索更有效、能再生和可持續(xù)資源，以及開發(fā)高效、安全、低成本能源轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)設(shè)備的新技術(shù)提出了越來越多的要求。對于傳統(tǒng)的能量存儲(chǔ)裝置，已不能滿足人們對高效、綠色、無污染產(chǎn)品的需求。而超級電容器以其優(yōu)越的性能，如:高能量密度、快速充放電速率和長循環(huán)壽命等優(yōu)點(diǎn)，且有著比傳統(tǒng)化學(xué)電池和其他儲(chǔ)能裝置更為廣泛的應(yīng)用前景，因此可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)儲(chǔ)能裝置成為新型儲(chǔ)能裝置。在對超級電容器的研究中發(fā)現(xiàn)，構(gòu)成超

2、級電容器的重要部分是電極材料，它是影響超級電容器電化學(xué)性能主要的因素。目前，已報(bào)道的傳統(tǒng)的電極材料有三大類：碳材料類的電極材料、貴金屬氧化物類的電極材料和導(dǎo)電聚合物類的電極材料。研究發(fā)現(xiàn)，二元納米復(fù)合材料電極比單個(gè)元素納米材料電極有更好的性能和獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。本文通過簡單的水熱法，以金屬鎳、銅為基底可控合成超薄多孔鎳鈷雙金屬氫氧化物納米片復(fù)合材料、超細(xì)NiCu(OH)2CO3層狀納米線網(wǎng)復(fù)合材料和層狀MnCo2O4@MnO2核殼納米線陣列復(fù)

3、合材料，并直接用作超級電容器電極，進(jìn)行了電化學(xué)性能的研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴在金屬鎳片上可控合成超薄多孔鎳鈷雙金屬氫氧化物納米片復(fù)合材料。不需要添加任何表面活性劑和粘結(jié)劑，將超薄多孔鎳鈷雙金屬氫氧化物納米片直接生長在金屬鎳片上，并直接用作超級電容器的電極。由于Ni2+和Co2+的共同作用，合成的鎳鈷雙金屬氫氧化物納米片電極展示了優(yōu)越的電化學(xué)性能，在1A g-1時(shí)質(zhì)量比電容達(dá)到2184Fg-1，能量密度達(dá)到91.76Whk

4、g-1，功率密度達(dá)到825.4 W kg-1。同時(shí)，作為電極材料的鎳鈷雙金屬氫氧化物納米片具有很好的循環(huán)穩(wěn)定性，2000次循環(huán)后電容值仍能保持88.5％。因此，超薄多孔鎳鈷雙金屬氫氧化物納米片復(fù)合材料是理想的高能量密度、長循環(huán)穩(wěn)定性的超級電容器電極材料。⑵在泡沫銅上可控合成超細(xì) NiCu(OH)2CO3層狀納米線網(wǎng)復(fù)合材料。不使用任何表面活性劑和粘結(jié)劑的條件下，將超細(xì)NiCu(OH)2CO3層狀納米線網(wǎng)生長在泡沫銅上，并直接用作超級電容

5、器電極。合成的NiCu(OH)2CO3層狀納米線網(wǎng)電極展示了優(yōu)越的電化學(xué)性能，在1 A g-1時(shí)質(zhì)量比電容達(dá)到971 F g-1，能量密度達(dá)到48.55 Wh kg-1，功率密度達(dá)到541 W kg-1。同時(shí)，作為電極材料的NiCu(OH)2CO3層狀納米線網(wǎng)具有很好的循環(huán)穩(wěn)定性，2000次循環(huán)后電容值仍能保持91.5%。因此，NiCu(OH)2CO3層狀納米線網(wǎng)復(fù)合材料在高能量密度存儲(chǔ)領(lǐng)域有更深遠(yuǎn)的潛在應(yīng)用。⑶在泡沫鎳上可控合成層狀

6、MnCo2O4@MnO2核殼納米線陣列復(fù)合材料。在沒有外加任何表面活性劑和粘結(jié)劑的情況下，通過簡單的兩步水熱法在泡沫鎳基底上合成了多孔和大比表面積的層狀MnCo2O4@MnO2核殼納米線陣列。其電極結(jié)構(gòu)利用了多孔MnCo2O4納米線核和MnO2殼層的協(xié)同作用。合成的MnCo2O4@MnO2材料作為超級電容器的電極在水溶液電解質(zhì)中表現(xiàn)出增強(qiáng)的電容(在1 Ag?1時(shí)為858Fg1)，高能量密度(在252WKg1時(shí)為36.0WhKg1)和長的