四氧化三钴碳复合材料的制备及其超级电容器性能研究-毕业论文.docx

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1、学校代码：研究生学号：：中国地质大学硕士学位论文四氧化三钴/碳复合材料的制备及其超级电容器性能研究姓名学科专业岩石矿物材料学指导教师副教授培养单位材料与化学学院年月作者简历一、基本情况二、学术论文1.XXX.XXXXXXXXXXX研究[J].XXXX学报，2004（1）：53-55.2.XXX.XXXXXXXXXXX分析[J].XXXXX技术，2005（5）：6-7.……三、获奖、专利情况1.XXX.XXXXXXXXXXXXXXXXXX研制.江苏省科技进步奖三等奖.排名第2；四、研究项目1.XXXXXXXXXXXXXXXXXX项目,国家自然基金,项目编号：xxxxx

2、x,参加人员；四氧化三钴/碳复合材料的制备及其超级电容器性能研究摘要由于全球性的能源危机和环境污染等问题，现在越来越多的人开始关注新型的储能设备，包括锂离子电池、燃料电池和超级电容器等。其中，超级电容器具有其他储能设备所没有的独特性质，比如极快的充放电速率、很高的循环寿命以及很低的维护成本等，已经成为了当前新能源领域的研究热点之一，过渡金属氧化物具有很高的比电容和能量密度，本论文中以四氧化三钴为研究对象，探究碳载体对于Co3O4粒子的负载行为及其结构和电化学性能的影响，首先不同维度和孔结构的碳载体对复合物的性质的影响，其后采用两种不同的处理方式处理碳载体材料，分别为

3、KOH高温活化处理和EDA氨基化处理，KOH高温活化处理后的碳载体先测试其基本的结构性质和电化学性质，然后水热法制备Co3O4/C复合物，测试其基本性能，探究碳材料本身的维度结构对粒子负载行为及其电化学性能的影响。采用EDA氨基化处理CNT和GO，得到NCNT和NGO并分别用作载体负载Co3O4纳米粒子，探究氨基化程度对粒子负载行为和电化学性能的影响，后选取性能最好的NCNT和NGO作为杂化碳体系负载Co3O4，探究NCNT和NGO的质量比例对复合物性能的影响，以期制备出高性能的电化学超级电容器，现得到如下结论：1.我们选取了三种不同维度的常用碳材料作为研究的基体材

4、料，MC的比表面积和孔体积分别为467m2/g和0.36cm3/g，表现为一种三维的介孔结构，CNT的比表面积和孔体积分别为277m2/g和1.48cm3/g，表现为一种一维的介孔和大孔结构，EGO的比表面积和孔体积分别为348m2/g和1.44cm3/g，表现为一种二维的三级多孔结构，将这三种碳材料进行电化学测试，三者都表现出明显的双电层电容性质，MC、CNT和EGO在1A/g的电流密度下的单位比电容分别为86.5F/g、19.4F/g和80.1F/g。2.经过KOH活化处理后，碳载体的比表面积和孔体积均有所提高，KMC的比表面积和孔体积分别为1668m2/g和1

5、.22cm3/g，KCNT的比表面积和孔体积分别为401m2/g和1.59cm3/g，KEGO的比表面积和孔体积分别为1496m2/g和0.78cm3/g。进行电化学测试，选取电压区间（-1~0V）时，在1A/g的电流密度下KEGO的比电容最大，为211.5F/g，在10A/g时比电容为129.9F/g，比电容倍率保留率为61.42%，KMC材料在1A/g时的单位比电容为201.7F/g，在10A/g时的比电容为165.9F/g，电容保留率为82.3%，KCNT在1A/g时的比电容为33.23F/g，在10A/g时为29.41F/g，电容保留率为88.50%。结果表

6、明在KOH活化后三种碳材料其比电容均匀一定量的提升，主要原因是活化后材料的比表面积和孔体积的提升。采用水热法将得到的KMC、KCNT和KEGO作为载体制备的Co3O4/C，Co3O4/KEGO的比电容量一直最高，在2A/g时容量最大，达到144.78F/g，2000圈后容量为初始容量的77.52%，水热法结果表明水热法制备的复合物的粒子分散更为均匀，性能更为优异。3.采用EDA氨基化的CNT作为碳载体负载Co3O4纳米粒子，当DEA的添加量为0.96ml时复合物Co3O4/NCNT-0.96表现出最好的电化学性能，样品Co3O4/NCNT-0.96的单位比电容在1A

7、/g时达到最大，为170.59F/g，10A/g的电流密度下最小，为133.91F/g，容量保留率为78.50%，在5A/g的电流密度下循环2000圈后的容量保留率为99.56%，扣除碳载体本身的比电容贡献量，在Co3O4/NCNT-0.96中Co3O4提供的比电容最高，在1A/g时为269.55F/g，10A/g时为211.20F/g，相对于纯的Co3O4在1A/g时的电容量45.72F/g高出近5倍，表明了NCNT-0.96作为碳载体负载Co3O4展现出优异的性质。4.采用EDA氨基化的GO作为碳载体负载Co3O4纳米粒子，当DEA的添加量为0.12ml时复