高性能镍钴基电极材料的制备与超级电容器的构建

来源 :南昌大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kb8iii
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
可再生能源的应用是解决能源与环境问题最有前景的方案之一。发展高效、稳定、环境友好型的能源存储设备是推进可再生能源有效利用的关键。因此,探索和开发具有高能量密度、高功率密度、强循环稳定性的储能器件是实现可再生能源应用的前提。超级电容器作为一种电化学储能设备,因其高功率密度和长循环寿命广受关注,但目前受制于其相对较低的能量密度,仍未能实现大规模的实际应用。基于此,本论文工作高效地制备了高电荷存储能力的电极材料,并构建高性能超级电容器。主要研究结果如下:(1)采用快速常温溶剂合成法,获得低结晶态、高电荷存储能力的镍钴基基金属-有机框架(Ni/Co-Metal-organic framework,Ni/Co-MOFs)。低结晶Ni2Co-MOF电极在1 mA cm-2电流密度下,电容量高达2,149 mC cm-2。以该电极和活性炭(Active carbon,AC)组装的Ni2Co-MOF//AC混合型超级电容器(Hybrid supercapacitors,HSC)在功率密度为800 W kg-1时,能量密度高达66.1 Wh kg-1。该结果表明,这种快速常温溶剂合成法获得的低结晶Ni/Co-MOFs为高能量密度的超级电容器电极材料的制备提供了新的思路;(2)通过采用快速常温溶剂合成法制备的Ni-MOF作为前驱体或牺牲模板,一步完成磷化和碳化衍生反应,成功获得了具有电荷存储能力强、循环稳定性高的珊瑚状Ni2P@C复合电极材料。Ni2P@C电极在1 mA cm-2电流密度下,电容量高达3,631 mC cm-2(1 A g-1电流密度下,比容量979 C g-1)。采用Ni2P@C电极组装的Ni2P@C//AC HSC器件具有高循环稳定性的特点,经10,000次循环后,比电容保持率为90.5%;(3)以Ni1-xCox-P@C为研究对象,系统地研究了Ni、Co金属成分比率对过渡金属磷化物(Transition metal phosphides,TMPs)电极的电容特性的影响行为。实验结果表明:(a)Co含量的变化对Ni1-xCox-P@C电极的电化学活性具有显著的影响:当Co掺杂量较低时(x≤0.2),Ni1-xCox-P@C电极材料的容量和倍率性能均有显著的提高。但是当Co含量超过一定量时(x≥0.5),Ni1-xCox-P@C电极的电化学性能急剧下降;(b)Ni0.9Co0.1-P@C电极电荷存储能力最强:在1mA cm-2电流密度下,电容量高达4,250 mC cm-2(1 A g-1电流密度下,比容量1,327 C g-1),该电极的电荷存储能力处于TMP电极材料的先进水平;(c)该电极材料具有优异的倍率性能,将可用于制备高能量密度超级电容器。本论文工作创新性地在常温常压下快速合成Ni/Co-MOFs化合物及其磷化衍生物材料,并以此为电极材料构建了具有高能量密度、高功率密度、循环稳定性强的超级电容器储能器件,对推动可再生清洁能源的应用具有重要的理论意义和应用价值。
其他文献
高品质的氮化硅粉体对物相、杂质含量以及形貌有严格要求。对物相和杂质含量这两个指标,学术界和产业界已经研究多年,具备了较成熟的理论和方法;而对形貌这个指标,则还很缺乏研究和理解,没有形成有效的调控手段。相比不规则形状颗粒,球形或类球形颗粒的氮化硅粉体较有利于陶瓷烧结致密化,提高产品性能;氮化硅晶须材料可作为增韧相或导热相应用于复合材料,并且由于其纳米尺度效应在光电半导体领域有应用潜力。前者迄今只有日
学位
全聚合物太阳能电池由于其优异的形貌稳定性和机械鲁棒性,在大面积柔性器件的制备中具有巨大潜力。目前,高性能的聚合物受体较少,导致全聚合物太阳能电池的效率与小分子受体太阳能电池效率仍然存在一定差距。另一方面,从小面积器件到大面积器件,材料对印刷工艺的适应性差和效率损失大仍然是巨大的挑战。本论文主要基于对光伏材料结构与器件性能之间的关系理解,围绕改善聚合物受体的光谱吸收、优化活性层形貌,设计合成了一系列
核聚变能具有经济性能优越、安全可靠、无环境污染等优势,被认为是最有希望解决人类能源问题的终极能源。钨及钨合金因具备高熔点和优异力学性能等优势被认为是聚变堆装置中极具潜力的面向等离子体材料。但极端服役的环境给它们的应用提出了巨大挑战,特别是钨脆性问题及材料的氢同位素滞留行为,研究至今仍存在一些问题,例如:实验中研究仅获得了有限温度下钨的增韧机制,典型合金元素对氢在钨中行为的影响研究不够系统,氢逃逸到
作为一种新型碳纳米材料,碳量子点(CQDs)的表面官能团类型丰富且可调,是其诸多应用的基础。因此,如何进行精确的调控以达到目标性能的优化成为了重要的科学问题。在CQDs的制备方法中,水热法可进行一锅式掺杂调控,当进一步以生物质作为前驱体时,被誉为一种绿色技术。为此,本文以天然植物为碳源,利用水热法进行了CQDs的自掺杂调控和杂原子掺杂调控,通过分析其形态与结构变化,探讨了CQDs的形成及掺杂机理;
贝类是水生态系统的初级消费者,在底栖动物中占优势。蓝藻水华产生的微囊藻毒素严重影响了贝类的生存,贝类可以通过直接的摄食活动将MC快速地富集在体内通过产生活性氧簇引起贝类机体氧化系统失衡,以致细胞损伤。选择性自噬和Keap1-Nrf2通路是主要的抗氧化应激途径,氧化剂可通过多条信号途径诱导细胞产生自噬和激活Keap1-Nrf2途径以缓解氧化损伤。Keap1-Nrf2的激活途径分为经典途径和非经典途径
铜(Cu)基复合材料以其优异的导电、导热性能、耐腐蚀性以及良好的成型加工性能而被广泛关注。钨(W)、碳化钨(WC)颗粒增强的Cu基复合材料得益于Cu的高导电性和导热性以及W、WC的高强度、高硬度、良好的高温稳定性和抗机械磨损性能,使W-Cu、WC-Cu复合材料在集成电路引线框架,电阻焊接电极,接触材料,换向器等方面具有广阔的应用前景。目前W-Cu、WC-Cu复合材料研究的主要方向仍然是通过组分设计
糖尿病是一类因胰岛素分泌不足或作用缺陷所引起的以慢性高血糖为主,并伴有脂肪和蛋白质代谢紊乱的代谢紊乱性疾病。糖尿病发病率逐年上升,既对人类的健康造成了严重的危害,又给患者、家庭和社会带来了沉重的经济负担。研究表明,膳食纤维的摄入与糖尿病发病率显著负相关,且有利于预防和减轻糖尿病症状。大麦膳食纤维具有降血糖、降血脂、抗氧化、提高免疫力、肠道益生等作用,提示大麦膳食纤维具有防控糖尿病、心血管疾病等慢性
基于按需微滴喷射的3D打印是一种新型的快速成形技术,它具有制造周期短、成本低、高柔性、材料适用广泛和可循环使用等优点,在生物医药、微电子制造、航空航天以及建筑行业等领域具有广泛的应用前景,受到了科研工作者的广泛关注。然而,制件表面形貌粗糙、精度不高是制约该技术进一步推广应用的主要因素。液滴在壁面上的沉积成形、垂直于壁面方向上堆叠而成的垂直柱和平行于壁面方向上搭接而成的水平线条均是该技术的基本制造元