溶液燃烧法制备钴氧化物及其复合材料的超级电容器性能的研究

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1、太原理工大学硕士研究生学位论文I太原理工大学硕士研究生学位论文溶液燃烧法制备钴氧化物及其复合材料的超级电容器性能的研究摘要便携式电子设备及新能源汽车的迅速发展对能源存储设备提出了日益严苛的要求。超级电容器具有很高的功率密度和很长的循环寿命，并且其温度特性好、绿色环保，非常适用于短时间、高功率能源存储。超级电容器由正极、负极、隔膜与电解质组成，电极材料是影响超级电容器电化学性能的重要因素之一。钴氧化物（Co3O4和CoO）理论比电容高，是一种极具潜力的超级电容器电极材料。但是，钴氧化物同时存在电导率低，钴离子有毒等

2、缺点，限制其电化学性能和实际的运用。在钴氧化物中引入碳材料和其他廉价氧化物，既可以提高体系导电性，又可以降低钴的应用，是一种不错的策略。获得优异电化学性能钴氧化物的方法很多，如沉淀法、电沉积法、水热法和溶剂热等。但是这些方法大多耗时耗力，并不适用于大规模、特别是连续生产钴氧化物。溶液燃烧法利用氧化剂(通常是硝酸盐)和燃料之间快速、自持续的放热反应制备多孔纳米材料，生产效率高且成本低。本论文采用溶液燃烧法制备钴氧化物及其三元、四元纳米复合材料，并研究和优化其电化学性能。主要研究内容及结论如下：1.采用溶液燃烧法合成

3、了Co3O4和Co3O4/CoO纳米颗粒。XRD和SEM测试表明，柠檬酸/硝酸钴摩尔比对产物的相组成和形貌有很重要的影响。随柠檬酸量增加，产物从团聚的立方Co3O4纳米晶转变为多孔片状的立方Co3O4和四方CoO混合物。电化学测试表明，当柠檬酸/硝酸钴摩尔比-1-1是7:27时，样品（Co3O4）的比电容最高，为179.7F∙g（电流密度0.2A·g）。I太原理工大学硕士研究生学位论文-1-1经N2气氛350°C温度3小时退火后，材料比电容提高到362.8F·g；在4A·g-1电流密度下，样品比电容仍达285.7

4、F∙g，循环充放电1000次以后，比电容保持73.5%。2.在上述燃烧法的基础上，在300°C温度空气气氛中一步合成了钴-镍氧化物/C/Ni三元纳米复合材料。在溶液燃烧过程中，过量的柠檬酸碳化2+形成无定型C，并将Ni还原成金属Ni粒子。实验结果证实，当Co:Ni:C6H8O7-1摩尔比为4:5:86/9时，样品的电化学性能最优，在1A·g的电流密度下，-1-1-1比电容高达446F·g，在10A·g的电流密度下，比电容仍为280F·g，循环1000次，比电容保持率为80.5%。3.在前驱体中加入酸化的CNTs，

5、一步合成了钴-镍氧化物/C/Ni/CNTs-1四元复合材料。电化学测试表明：在电流密度为1A·g时，材料比电容达-1-1-1579F·g，在10A·g时，比电容也达到350F·g，比电容保持率为84.1%。关键词：钴氧化物，超级电容器，溶液燃烧法，纳米复合材料II太原理工大学硕士研究生学位论文SOLUTIONCOMBUSTIONSYNTHESISOFCOBALTOXIDESANDTHEIRCOMPOSITESASSUPERCAPACITORELECTRODEMATERIALSABSTRACTTherapiddev

6、elopmentofportableelectronicdevicesandnewenergyvehicles,hastriggeredtheincreasinglystringentrequirementsforenergystoragedevices.Supercapacitorsareverysuitablefortheuasageinshortduration,highpowerenergystoragefield,becauseoftheirhighpowerdensities,longcyclingl

7、ives,goodtemperaturecharacteristicandenvironmental-friendlinessnature.Supercapacitorconsistofpositiveandnegativeelectrodes,separatorandelectrolyte.Electrodematerialsareoneofimportantfactorsaffectingtheelectrochemicalperformanceofsupercapacitor.Cobaltoxides(Co

8、3O4andCoO)havebeenidentifiedaspromisingsupercapacitorelectrodematerials,owingtoitsultra-hightheoreticalspecificcapacitanceandgoodcorrosionresistance.However,cobaltoxidesalsoshowobviousdis