钴酸铜基复合电极材料的可控制备及其超电容储能性能的研究

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1、ZSTUZhejiangSci-TechUniversity硕士学位论文Master’sThesis中文论文题目:钴酸铜基复合电极材料的可控制备及其超电容储能性能的研究英文论文题目：ControllablePreparationofCuCo2O4hybridelectrodematerialsandStudyonthePropertiesofSupercapacitiveEnergyStorage学科专业：材料加工工程作者姓名：詹子月指导教师：熊杰教授、杨叶锋副教授完成日期：2017年12月30日浙江理工大学硕士学位论文钴酸铜基复合电极材料的可控制备及其超电容储能性能的研究钴

2、酸铜基复合材料的可控制备及其超电容储能性能的研究摘要剧烈的气候变化和有限的化石燃料供应刺激了研究者们去开发出具有高功率和高能量密度等优点的清洁型能量储存器件。目前，超级电容器是广泛受到研究者关注的储能器件之一，主要是因为其具有较大的功率密度、优异的循环性能以及能够进行快速充放电等优点。然而，超级电容器的一些电极材料由于电导率很低，在充电/放电过程中的体积会变化特别大以及较差的倍率性能，阻碍了其在实际中的应用。为了提高超级电容器的电化学性能，许多研究人员开始着手于钴基双金属氧化物（MCO2O4，M=Ni，Mn，Zn，Cu等）等化学稳定性和热稳定性好的电极材料。本文主要是通过对改

3、变钴酸铜（CuCo2O4）材料的形貌和复合化设计加快电极反应动力学来提高电极材料的超电容性能。采用水热法、化学浴沉积法等单一或相互结合的方法成功地在泡沫镍基底上制备了纳米多孔CuCo2O4纳米线和纳米片、CuCo2O4@CoMoO4以及CuCo2O4@Ni(OH)2核壳复合纳米材料并对其进行了超电容性能的研究。为提高混合超级电容器的性能（HSC），本文采用水热合成方法和退火处理以三维网状的泡沫镍为基底成功地制备了CuCo2O4@CoMoO4复合纳米材料，以CuCo2O4纳米线作为核，CoMoO4纳米片垂直其表面生长，这种核壳结构具有更大的比表面积可以增加离子扩散，提高传输速率

4、。实验结果显示，与单一的CuCo2O4电极相比，CuCo2O4@CoMoO4复合电极表现出优异的倍率性能（在电22流密度为5mA/cm时CuCo2O4@CoMoO4复合电极的面积电容量为481μAh/cm，22在电流密度为80mA/cm时保持334μAh/cm，而CuCo2O4电极在电流密度为5222和80mA/cm的面积电容分别为72μAh/cm和19μAh/cm。）和良好的循环稳定2性（CuCo2O4@CoMoO4复合电极在电流密度为20mA/cm下经过2000次循环后电容保持率为84%）。在这项工作中，我们将纳米复合材料作为正极，活性炭作为负极组装成混合型超级电容器。该

5、装置实现了49Wh/kg的高能量密度和良好的循环稳定性（5000次循环后具有92.7%保持率的）。在本文中，通过一个简单的方法（水热法和电沉积）在泡沫镍基底上制备了分层三维CuCo2O4@Ni(OH)2电池型材料用来作为超级电容器的正极。高介孔和相互连接的CuCo2O4纳米薄片是装载电活性材料Ni(OH)2纳米片的理想支架，这I浙江理工大学硕士学位论文钴酸铜基复合电极材料的可控制备及其超电容储能性能的研究种复合结构大大提高了整个系统的储能效率。经过优化性能后的22CuCo2O4@Ni(OH)2复合电极在2mA/cm下提供较高的面积容量为439mAh/cm2的和良好倍率性能在8

6、0mA/cm时为82.7%。鉴于这些优点，将CuCo2O4@Ni(OH)2复合电极作为正极进一步组装成HSC。HSC器件同时显示高能量和功率密度（功率密度为468W/kg时能量密度是48Wh/kg，功率密度达到9145W/kg时能量密度为34Wh/kg，）以及良好的长期循环稳定性。随后经过短时间充电，两个串联的HSC器件可以驱动不同颜色的LED，这表明这种混合材料在实际应用中用于高性能HSC器件电极具有巨大的潜力。关键词：超级电容器；CuCo2O4材料；核壳结构；电池型材料II浙江理工大学硕士学位论文钴酸铜基复合电极材料的可控制备及其超电容储能性能的研究Controllabl

7、ePreparationofCuCo2O4hybridelectrodematerialsandStudyonthePropertiesofSupercapacitiveEnergyStorageAbstractSevereclimatechangeandlimitedfossilfuelsupplyhavestimulatedresearcherstodevelopcleanenergystoragedevicesthathavetheadvantagesofhighpowerandhighenerg