超级电容器镍-钴氟化物电极材料的制备及其电化学性能

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1、学校代号10530学号201510141487分类号O613密级公开硕士学位论文超级电容器镍-钴氟化物电极材料的制备及其电化学性能学位申请人李旭东指导教师丁锐讲师学院名称化学学院学科专业化学工程与技术研究方向应用电化学二零一八年五月十六日Thepreparationofnickel-cobaltfluoridesandtheirelectrochemicalperformanceforsupercapacitorsCandidateLiXudongSupervisorLecturerDingRuiCollegeCol

2、legeofChemistryProgramChemicalEngineeringandTechnologySpecializationAppliedElectrochemistryDegreeEngineeringMasterUniversityXiangtanUniversityDateMay,16,2018超级电容器镍-钴氟化物电极材料的制备及其电化学性能摘要近年来，高性能超级电容器电极材料的开发和应用已成为电化学储能领域研究的热点，其中以新型的过渡金属化合物电极材料尤为引人关注。传统的过渡金属化合物电极材料固

3、有的电子导电率缺陷，严重影响了其性能的发挥，致使其比容量、倍率及循环性能较差。因此，开发新型的电极材料具有深远的意义。本论文合成了镍-钴氟化物新型电极材料，利用金属-氟键高的稳定性及镍、钴双金属间的协同效应改善了材料的电化学性能，并对材料的储能机理做了初步探讨。具体工作和结论如下：1.通过一步溶剂热法合成了不同镍、钴比例的四方相纳米晶Ni-Co-F(Ni:Co=1:0,16:1,8:1,4:1,2:1,1:1,0:1)。其中Ni-Co-F(Ni:Co=2:1)电极材料表现出最大的比容量(282Cg-1/1Ag-1)，

4、出色的比容量保持率(74%/1-16Ag-1)，最小的电荷转移阻抗(449Ω)；其储能行为表现为表面和扩散混合控制过程，介于准电容和电池行为之间；其作为正极材料与活性炭(AC)负极材料组成的水系非对称超级电容器有优异的能量密度和功率密度(18.4Whkg-1/6.64kWkg-1)，且在4Ag-1电流密度下循环10000次后容量保持率为77%。2.通过一步溶剂热法合成了不同镍、钴比例钙钛矿结构的立方相纳米晶K-Ni-Co-F(Ni:Co=1:0,8:1,6:1,4:1,3:1,2:1,1:1,1:2,1:3,1:4,

5、1;6,0:1)。实验结果表明，当Ni:Co=4:1时，K-Ni-Co-F表现出最优的电化学性能，在1-16Ag-1电流密度下比容量高达674.96-543.4Cg-1；其储能行为是以扩散控制为主的过程，接近于电池行为；其作为正极材料与AC负极材料组成的水系非对称超级电容器在1-16Ag-1电流密度下的能量密度/功率密度高达42.7-13.8Whkg-1、0.242-18.8kWkg-1，在4Ag-1电流密度下循环10000次容量保持率为98%，在10Ag-1大电流密度下循环10000次后容量保持率仍高达83.5%。

6、3.通过一步溶剂热法合成了不同钴、镍比例的多级孔复合材料Co(OH)F/Ni(OH)2(Co:Ni=1:0,3:1,1:1,1:3,0:1)。实验发现，Co(OH)F/Ni(OH)2(Co:Ni=3:1)复合材料有最优的电化学性能：比容量为104Cg-1(0.5Ag-1)、保持率为116%(6Ag-1/5000次)；其储能行为是以表面控制为主的过程，为典型的准电容行为；其作为正极材料与AC负极材料组成的水系非对称超级电容器具有最优的性能，在0.5-8Ag-1电流密度下能量密度/功率密度分别为13.8-8Whkg-1、

7、0.53-4.7kWkg-1，在4Ag-1电流密度下循环10000次后容量保持率为121%。关键词：镍-钴氟化物；溶剂热法；电极材料；超级电容器；协同效应I超级电容器镍-钴氟化物电极材料的制备及其电化学性能AbstractRecently,theexploitationandapplicationofhigh-performancesupercapacitorselectrodematerialshasbeenahottopicinthefieldofelectrochemicalenergystorage.Amon

8、gthem,newtypesoftransitionmetal-basedelectrodematerialshaveattractedparticularattention.However,theintrinsicconductivitydefectofthetransitionmetal-basedelectrodematerialsser