基于钴酸盐金属氧化物的超级电容器性能研究

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1、分类号学号学校代码密级等肀科在寧博士学位论文基于钴酸盐金属氧化物的超级电容器性能研究学位申请人王秋凡学科专业物理电子学指导教师朱明强教授答辩日期年月日ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyinEngineeringThepropertiesofsupercapacitorsbasedoncobaltmetaloxidePh.D.Candidate:WangQiufanMajor:PhysicalElectronicsSupervisor:

2、Prof.ZhuMingqiangHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan,Hubei430074，，独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研宄工作及取得的研宄成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研宄成果。对本文的研宄做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：知丨年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交

3、论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以来用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于」不保密。请在以上方框内打“”）期：年孓月期少十年华中科技大学博士学位论文摘要能源存储器件，尤其是超级电容器，已经在人们的日常生活中发挥着越来越重要的作用，例如电子器件领域，交通工具等的领域。本文主要以钴酸盐金属氧化物作为电极材料，探索了这些纳米结构大面积可控生长的方法，并从器件的电极结构的设计器件构造设计的角度出发，冃的在于研制出高比电容和功率密度的超级电容器。所

4、取得的主要研究成果可以归纳为如下：利用简单的水热反应法，制备出了三维结构的海胆状微米球，分析了这种纳米结构的生长条件，并提出了“纳米棒稻草捆海胆状球”的生长机理。通过三电极体系对所制备的海胆球的电化学性能进行了测试和分析，在电流密度为和丨时，比电容可达到和该结果与相关的报道相比具有明显的优势。结果表明所制备的海胆球具有较高的比电容值，且〇海胆状结构电极具有较好的循环稳定性和倍率性能。这些结果都显示出，采用水热法制备出的海胆状结构的微米球具有较好的电化学性能，对于制备高性能超级电容器电极材料具有一定的借鉴作用。为了进一步提高超级电容器的实际应用性，在上述工作的基础上，将材料直接生长

5、在具有自支撑的柔性泡沫镍基底上。三电极体系下，在时，比电容高达。所制备的三明治结构的全固态柔性超级电容器在时具有较大的面积比电容并且对器件进行不同的弯折数以及不同的弯折状态下，电容值仍保持一致，表现出极大的柔性以及循环稳定性。本项工作对于未来柔性、轻薄、高性能的能源存储器件的组装提供了很好的借鉴作用。采用水热法在碳纤维布上大面积的生长出了纳米线阵列，为了增大单位面积活性材料的利用率，增加器件的面积比电容值，合成了具有核壳结构的碳布柔性复合电极。对所制备的两种柔性电极组装成液态两电极器件并进行电化学测试，结果表明，基于器件比基于的器件具有更高的比电容值以及更好的倍率性能。采用溶胶凝

6、胶电解质制成了对称型的全固态超级电容器，器件表现出了良好电化学性能以及在不同弯曲状态下的高华中科技大学博士学位论文稳定性。这些结果进一步表明了本项工作所提出的这种复合电极的设计理念在其它的能量存储和转化系统中的应用潜力。用水热法首次在镍丝基底上制备了纳米片，并对其形貌和晶体结构进行了表征分析，将生长在基底上的纳米片直接作为活性材料，制备出了同轴线状的柔性全固态超级电容器。对器件的电化学性能以及机械稳定性进行研宄分析。线状器件在电流为时体积电容高达且具有较好的循环稳定性能。功率密度为时能量密度达到，比文献的相关报道值要高出倍。对于相关工作的报道较少，因此本项工作具有原始创新性，对于

7、微型电容器的结构设计及优化研究具有很好的推动作用。关键词：超级电容器钴酸盐金属氧化物比电容功率密度柔性华中科技大学博士学位论文〇华中科技大学博士学位论文〇华中科技大学博士学位论文目录弓言超级电容器的概述新型柔性超级电容器新型超级电容器的创新研宄点本论文研究的主要内容及创新点实验原理及方法主要实验材料和主要仪器设备超级电容器的测试方法和原理基于三维纳米结构的合成及其电化学性能的研究引言纳米材料电极的制备不同结构电极的电化学性能测试及讨论不同结构的光电化学电池性能测试及讨论本章小节基