Co3O4基電極材料及其超電容性能研究.pdf

1、化石燃料的快速消耗以及生態(tài)環(huán)境的進一步惡化使得新型能源、節(jié)約型儲能裝置受到了研究者們越來越多的關注。超級電容器作為一種新型儲能器件，由于其功率密度高、循環(huán)使用壽命長、充電速度快以及工作溫度范圍廣等優(yōu)點，已經被廣泛應用于通訊、計算機、軍用設備等領域。但是超級電容器的能量密度相比于二次電池還有較大的差距。因此，在保證其功率性能的同時提升其高能量密度是超級電容器應用與發(fā)展的關鍵所在。相對而言，金屬氧化物電極材料具有一定的優(yōu)越性，尤其在能量密度

2、方面，金屬氧化物有望實現(xiàn)接近于二次電池的能量密度。在眾多金屬氧化物中，Co3O4由于其成本低、資源豐富、反應活性高、結構穩(wěn)定，被認為是一種有潛在應用價值的贗電容型電極材料。集流體也是超級電容器電極的一部分，它會直接影響活性物質的導電性，進而改變電極材料的電化學性能。因此構建一種比表面積大，且與基底之間無縫隙連接的一體化電極材料具有重要意義，而原位生長的方法能使Co3O4等金屬氧化物與基底之間形成無縫隙連接，有效地降低了接觸電阻。

3、　　本論文通過改變實驗條件，制備了不同的四氧化三鈷復合材料。不同的制備途徑使得電極材料具有不同的形貌或微結構，而結構的不同使得它們儲存電荷的能力也有所差別。論文工作高度關注并深入討論四氧化三鈷微觀結構與其電化學特性性能之間的關系。簡言之，我們采用水熱法在泡沫鎳、碳纖維布以及石墨烯水凝膠等基底上生長Co3O4，獲得具有優(yōu)異性能的復合電極，然后把它們進行器件組裝，設計成完整的超級電容器，并對其電化學性能進行系統(tǒng)的研究。主要內容可以概括為：<

4、br>　　1.以泡沫鎳為導電基底，通過水熱法將Co3O4生長在泡沫鎳上，由Co3O4納米線構筑了具有三維(3D)多孔籠狀結構的電極材料(標記為Co3O4/NF)。采用適宜的測試方法，如：X射線衍射(XRD)，傅里葉紅外光譜(FT-IR)，場發(fā)射掃描電鏡(FESEM)，透射電鏡(TEM)對樣品的結構、形貌和組成進行表征。與此同時，在三電極體系下，以3 M KOH溶液為電解液，在1 A g-1時，測得該電極材料的比電容為642 F g-1。

5、為了展現(xiàn)其實際的儲能性能，我們將該電極材料與石墨烯水凝膠(GH)組裝成非對稱型超級電容器，并在1.7 V的電位窗口下，對其進行電化學測試。結果顯示，該電容器在功率密度為854 W kg-1時，表現(xiàn)出31 Wh kg-1的能量密度。
　　2.以碳布為集流體，采用水熱法及后續(xù)熱處理制備了針狀四氧化三鈷/碳布(Co3O4/CC)電極。結果顯示，Co3O4均勻地生長在碳布纖維的表面。實驗發(fā)現(xiàn)，在濃硫酸和硝酸的混合液中對碳布進行親水處理，對

6、獲得性能優(yōu)良的電極材料至關重要。電化學測試結果表示，在電流密度為1 A g-1，電位窗口為0-0.6 V時， Co3O4/CC電極的比電容可達333 F g-1。此外，我們將該電極材料與還原氧化石墨烯(RGO)組裝成非對稱型超級電容器，在1.6 V的電壓下進行電化學測試。結果表明，在功率密度為837 W kg-1時，該電容器表現(xiàn)出10 Wh kg-1的能量密度。
　　3.將氧化石墨分散液與氫氧化鈷溶液混合、分散，并通過水熱法制備出