超級電容器鎳-鈷氟化物電極材料的制備及其電化學(xué)性能

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1、學(xué)校代號10530學(xué)號201510141487分類號O613密級公開碩士學(xué)位論文超級電容器鎳-鈷氟化物電極材料的制備及其電化學(xué)性能學(xué)位申請人李旭東指導(dǎo)教師丁銳講師學(xué)院名稱化學(xué)學(xué)院學(xué)科專業(yè)化學(xué)工程與技術(shù)研究方向應(yīng)用電化學(xué)二零一八年五月十六日Thepreparationofnickel-cobaltfluoridesandtheirelectrochemicalperformanceforsupercapacitorsCandidateLiXudongSupervisorLecturerDingRuiCollegeCol

2、legeofChemistryProgramChemicalEngineeringandTechnologySpecializationAppliedElectrochemistryDegreeEngineeringMasterUniversityXiangtanUniversityDateMay,16,2018超級電容器鎳-鈷氟化物電極材料的制備及其電化學(xué)性能摘要近年來，高性能超級電容器電極材料的開發(fā)和應(yīng)用已成為電化學(xué)儲能領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，其中以新型的過渡金屬化合物電極材料尤為引人關(guān)注。傳統(tǒng)的過渡金屬化合物電極材料固

3、有的電子導(dǎo)電率缺陷，嚴(yán)重影響了其性能的發(fā)揮，致使其比容量、倍率及循環(huán)性能較差。因此，開發(fā)新型的電極材料具有深遠(yuǎn)的意義。本論文合成了鎳-鈷氟化物新型電極材料，利用金屬-氟鍵高的穩(wěn)定性及鎳、鈷雙金屬間的協(xié)同效應(yīng)改善了材料的電化學(xué)性能，并對材料的儲能機(jī)理做了初步探討。具體工作和結(jié)論如下：1.通過一步溶劑熱法合成了不同鎳、鈷比例的四方相納米晶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)電極材料表現(xiàn)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)，最小的電荷轉(zhuǎn)移阻抗(449Ω)；其儲能行為表現(xiàn)為表面和擴(kuò)散混合控制過程，介于準(zhǔn)電容和電池行為之間；其作為正極材料與活性炭(AC)負(fù)極材料組成的水系非對稱超級電容器有優(yōu)異的能量密度和功率密度(18.4Whkg-1/6.64kWkg-1)，且在4Ag-1電流密度下循環(huán)10000次后容量保持率為77%。2.通過一步溶劑熱法合成了不同鎳、鈷比例鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的立方相納米晶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)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)Ni:Co=4:1時(shí)，K-Ni-Co-F表現(xiàn)出最優(yōu)的電化學(xué)性能，在1-16Ag-1電流密度下比容量高達(dá)674.96-543.4Cg-1；其儲能行為是以擴(kuò)散控制為主的過程，接近于電池行為；其作為正極材料與AC負(fù)極材料組成的水系非對稱超級電容器在1-16Ag-1電流密度下的能量密度/功率密度高達(dá)42.7-13.8Whkg-1、0.242-18.8kWkg-1，在4Ag-1電流密度下循環(huán)10000次容量保持率為98%，在10Ag-1大電流密度下循環(huán)10000次后容量保持率仍高達(dá)83.5%。

6、3.通過一步溶劑熱法合成了不同鈷、鎳比例的多級孔復(fù)合材料Co(OH)F/Ni(OH)2(Co:Ni=1:0,3:1,1:1,1:3,0:1)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，Co(OH)F/Ni(OH)2(Co:Ni=3:1)復(fù)合材料有最優(yōu)的電化學(xué)性能：比容量為104Cg-1(0.5Ag-1)、保持率為116%(6Ag-1/5000次)；其儲能行為是以表面控制為主的過程，為典型的準(zhǔn)電容行為；其作為正極材料與AC負(fù)極材料組成的水系非對稱超級電容器具有最優(yōu)的性能，在0.5-8Ag-1電流密度下能量密度/功率密度分別為13.8-8Whkg-1、

7、0.53-4.7kWkg-1，在4Ag-1電流密度下循環(huán)10000次后容量保持率為121%。關(guān)鍵詞：鎳-鈷氟化物；溶劑熱法；電極材料；超級電容器；協(xié)同效應(yīng)I超級電容器鎳-鈷氟化物電極材料的制備及其電化學(xué)性能AbstractRecently,theexploitationandapplicationofhigh-performancesupercapacitorselectrodematerialshasbeenahottopicinthefieldofelectrochemicalenergystorage.Amon

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