多维度赝电容材料的制备及储能性能研究

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1、？爻摩次＃ＴｖＩＡＭＪＩＭｌｊｒＪＩＶＥＲＳＩＴＹ中国第－臓代大学ＦＯＵＮＤＥＤＩＮ１８９５博士学位论文■ＩＩＩＩＭｉｍＨＭＭ一级学科材料科学与工程：学科专业：材料学作者姓名：指导教师：姚琲教授天津大学研究生院２０１７年５月摘要超级电容器作为新兴的电化学储能设备，因具有快速充放电、较高的功率密度及良好的循环稳定性等特点，从而备受关注。相比于双电层电容器材料，赝电容材料具有更高的比电容值，成为目前研究热点。目前，赝电容材料在超级电容器的应用领域还存在很多问题，包括材料容易团聚、导电性较差以及充放电过程中材料结构容易垮塌等。本论文选

2、取三种赝电容材料（导电高聚物、过渡金属氢氧化物以及双层氢氧化物）和不同的基底进行复合，制备了多纬度的赝电容复合材料，通过对其进行结构设计，达到增大材料和电解液的接触面积、提升材料的导电性和结构稳定性，改善超级电容器性能的目的。本论文采用氧化亚铜（Cu2O）纳米颗粒为模版，通过刻蚀反应，制备了空心结构的镍钴氢氧化物（Ni1/3Co2/3(OH)2）纳米颗粒，并辅以碳纳米管（CarbonNanotube，CNT）为支撑骨架，得到了Ni1/3Co2/3(OH)2/CNT复合材料。制备的-1-1Ni1/3Co2/3(OH)2/CNT复合材料在1Ag电流密度下，比电容为1896Fg。在40-1Ag

3、电流密度下，Ni1/3Co2/3(OH)2/CNT复合材料的电容保持率为78%。同时，在-110Ag电流密度下，循环5000次，比电容值仍能达到初始值的84.7%。在此基础上，为了改进Ni1/3Co2/3(OH)2纳米颗粒的性能。本论文选用氧化石墨烯（GrapheneOxide，GO）为基底，利用GO上丰富的官能团（-COOH、C=O以及-OH）原位生长Cu2O纳米颗粒，使其均匀分散在GO表面。然后，通过刻蚀反应，制备空心结构的Ni1/3Co2/3(OH)2纳米颗粒，GO在制备过程中形成还原氧化石墨烯（ReducedGrapheneOxide，RGO），得到了Ni1/3Co2/3(OH)

4、2/RGO的复合材料。同时，选用自制银集流体替代碳纸集流体，达到改善电极整体导电性的-1目的。制备的Ni1/3Co2/3(OH)2/RGO的复合材料在5Ag电流密度下，比电容为-1-13942Fg，在10Ag电流密度下，循环5000次，比电容值仍能达到初始值的88.9%。本论文采用泡沫镍集流体为基底，通过两步水热反应的方法，在其表面制备了四氧化三钴和双层氢氧化物（Co3O4@LDH）纳米线阵列。制备的Co3O4@LDH-1-1-1纳米线阵列在1Ag电流密度下，比电容为1104Fg。在20Ag电流密度下，-1Co3O4@LDH复合材料的电容保持率为60.1%。在10Ag电流密度下，循环50

5、00次，比电容值仍能达到初始值的87.3%。同时，发现Co3O4和LDH的摩尔比不同对Co3O4@LDH表面结构有较大影响，当摩尔比由2:0.5增大到2:1.5时，表面ILDH纳米片从松散絮状物组装成为三维网络结构，Co3O4@LDH的比电容值由-1-1468Fg增大到1104Fg。随着摩尔比增大到2:3，表面LDH纳米片变为整片-1包裹着Co3O4纳米线，Co3O4@LDH的比电容值随之减小为684Fg。本论文采用二硫化钼/还原氧化石墨烯（MoS2/RGO）复合纳米片作为基底，通过溶液聚合方法，在其表面成功制备了均匀分布的聚苯胺（Polyaniline，PANI）纳米线，得到了MoS2

6、/RGO@PANI复合材料。制备的MoS2/RGO@PANI复合材-1-1-1料在1Ag电流密度下，比电容为1224Fg。在20Ag电流密度下，MoS2/RGO@PANI复合材料的比电容保持率为58.9%。同时，MoS2/RGO@PANI-1复合材料在10Ag电流密度下，循环3000次，比电容值仍能达到初始值的82.5%，并且库伦效率的保持率接近100%。以MoS2/RGO@PANI复合材料为电极材料制-1-1作的对称超级电容器具有在1Ag电流密度下，比电容160Fg，能量密度22.3-1-1Whkg，功率密度5.08kWkg的优良性能。关键词：超级电容器，镍钴氢氧化物，碳纳米管，石墨烯

7、，双层氢氧化物，聚苯胺，二硫化钼IIABSTRACTSupercapacitorshaveattractedsubstantialattentioninrecentyearsduetotheirhighpowerdensities,fastcharge/dischargerateandexcellentcyclestability.Thepseudocapacitorsoffermuchhigherspecificcapacitan