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【6h】

钴基电极材料的制备及电化学性能研究

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目录

1 绪 论

1.1 引言

1.2 储能技术的重要性

1.3 电能存储系统

1.3.1 常规电池

1.3.2 液流电池储能

1.3.3 电容器储能

1.3.4 超导磁能存储

1.4.1 设计结构

1.4.2 能量密度与功率密度

1.4.3 电流消耗与功率消耗

1.5 超级电容器的应用前景

1.6 钴酸锌材料的研究进展

1.7.1 选题依据

1.7.2 研究内容

2 实验部分

2.1.1 实验原料

2.1.2 实验仪器

2.2 材料的表征手段

2.2.1 X射线衍射(XRD)

2.2.2 傅里叶红外吸收光谱(FT-IR)

2.2.3 动态光散射(DLS)

2.3 电化学测试

2.3.1 循环伏安法(CV)

2.3.2 恒流充放电法(GCD)

2.4.1 比电容

2.4.2 倍率特性

2.4.3 库伦效率和循环稳定性

3 钴酸锌电极材料的制备及电化学性能研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.3.1 水热时间对产物的影响

3.3.2 水热温度对产物的影响

3.3.3 不同配比对产物的影响

3.3.4 泡沫镍不同处理方法分析

3.3.5 最优条件下 ZnCo2O4电极材料的电化学性能测试

3.4 总结

4 钴酸锌/泡沫镍复合电极材料的制备及电化学性能研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3.1 结构分析

4.3.2 电化学性能研究

4.4 总结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

附录

致谢

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摘要

超级电容器已经成为近年来可再生与可持续技术中最重要的能量转换和存储系统。由于其功率密度大、充放电时间短、使用寿命长的特点,超级电容器在能源应用方面取得了突破性进展。  本文以硝酸锌、硝酸钴为原料,尿素提供碱源,通过控制不同反应条件,采用水热法与后续热退火处理得到ZnCo2O4产物。研究表明:最佳反应条件为水热温度120℃,水热时间6h,锌源与钴源的配比为1:2,以及选用经浓度为5M的盐酸刻蚀过的泡沫镍作为集流体,在此条件下,ZnCo2O4产物的电化学性能最好。所制备的电极材料在电流密度为1A/g下,其比电容达到1272F/g,在10A/g的电流密度下,比电容为928F/g。从1A/g增加到10A/g,电极材料的倍率性能为73%,在电流密度为10A/g下循环2000次后,其比电容保留初始电容的75.3%,显示出良好的循环稳定性与倍率性。  使用粘结剂和导电添加剂会给电极材料带来新的阻抗,影响其电化学性能,加之制作工作电极步骤繁琐且在压片过程中容易造成电极材料内部结构部分破坏,考虑到上述因素,在前面工作探究出的最佳反应条件下,使用水热法与后续热退火处理的合成方法来制备钴酸锌/泡沫镍复合电极材料。将合成的钴酸锌/泡沫镍复合电极材料进行电化学测试,结果表明,在电流密度为1A/g时,钴酸锌/泡沫镍复合电极材料的比电容高达1888F/g,在电流密度为10A/g时,复合电极的比电容为1290F/g。从1A/g增加到10A/g,钴酸锌/泡沫镍复合电极材料的倍率性能为68.3%,低于纯钴酸锌电极材料,原因可能是在测试过程中,发现有一部分钴酸锌从泡沫镍表面脱落,导致活性物质减少,从而导致后续比电容值大幅度降低。在电流密度为10A/g下,经过2000次连续的充放电循环后,其比电容保持率为85.7%,这表明钴酸锌/泡沫镍复合电极比纯钴酸锌电极的循环稳定性更好。

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