钴酸镍及其复合材料的控制合成与电化学性能研究

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1、钴酸镍及其复合材料的控制合成与电化学性能研究重庆大学硕士学位论文（专业学位）学生姓名：况敏指导教师：张育新教授专业：材料科学与工程学科门类：工学重庆大学材料科学与工程学院二O一五年五月TunableSynthesisandElectrochemicalPerformanceStudyofNickelCobaltiteandCompositeNanostructuresAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialSatisfactionoftheRequirementsfort

2、heMaster’sDegreeofEngineeringByKuangMinSupervisedbyProf.ZhangYuxinSpecialty:MaterialsScienceandEngineeringCollegeofMaterialsScienceandEngineering,ChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay,2015中文摘要摘要超级电容器是一种新型的绿色能量存储装置，迄今，已引起世界各国研究者的广泛关注。对于超级电容器而言，电极材料的性质对其电化学性能有着至关重要

3、的影响。因此对超级电容器电极材料的设计和研究具有重要意义。三元金属氧化物钴酸镍（NiCo2O4）因其高的电化学活性、好的导电率以及环境友好等特点而被认为是非常有前景的超级电容器电极材料。然而，在实际的电极反应中，由于NiCo2O4电极材料的利用率低、孔结构不均匀以及结构不稳定等因素大大降低了NiCo2O4的应用。因此，本论文通过研究设计新颖的NiCo2O4纳米多孔结构和复合电极材料，来增加其比表面积和反应动力学性质，在保持结构稳定性的同时还能有效提高电极材料利用率和电荷存储能力。主要研究内容和结论如下：首先，利用简单、温和

4、的水热法，在没有使用模板和表面活性剂的条件下成功合成蒲公英状的NiCo2O4微球，并考察了其电化学性能。测试结果表明，在电-1-1流密度为1Ag时，NiCo2O4微球的比电容为372Fg，当电流密度从1增加到10-1-1Ag时，其比电容仍有84.1%的保持率。并且在电流密度为5Ag下循环2000次后其比电容保持率为88.3%。其次，利用水热法和化学共沉淀法成功制备出NiCo2O4-MnO2和Co3O4-MnO2复合纳米线，使用XRD、SEM、TEM和BET等技术对其成分和结构进行了表征，并对比了NiCo2O4-MnO2和C

5、o3O4-MnO2纳米线的超级电容器性能。测试结果表明NiCo2O4-MnO2纳米线具有大的比表面积、高的孔隙率以及好的结构稳定性。且NiCo2O4-MnO2纳米线三电极体系下表现出较好的电化学性能，其比电容为343F-1-1g，在5Ag的电流密度下循环3000次后，容量保持率为89.7%。最后，以Cu纳米线作为载体，利用化学共沉淀法成功制备出Cu/CuOx/NiCo2O4核壳纳米线。金属Cu可以增加复合材料的导电性，从而提高电极材料的电子迁移-1率。三电级体系下的电化学性能测试表明，在1Ag的电流密度下，-1Cu/CuO

6、x/NiCo2O4核壳纳米线的比电容达到578Fg，经过6000次的充放电后，比电容保留率为98.9%，表现出良好的循环稳定性能。在两电极体系的研究中，Cu/CuOx/NiCo2O4//AG非对称超级电容器件最大能量密度和功率密度分别达到-1-1-112.6Whkg和4.94kWkg，且在2Ag的电流密度下循环10000次后仍有98.2%的电容保持率，表现出良好的应用潜能。本论文围绕NiCo2O4电极材料，利用纳米材料自组装的思路制备出三维NiCo2O4微球和两种不同的一维NiCo2O4核壳纳米线，并深入研究了其超级电容器

7、性能，为深入开发和研究NiCo2O4材料在储能领域的应用提供了可靠的思路。同I重庆大学硕士学位论文时，制备得到的NiCo2O4复合材料表现出优异的电化学性能，是目前能量存储领域的优选材料。关键词：超级电容器，钴酸镍，复合材料，核壳结构，纳米线II英文摘要ABSTRACTInrecentyears,electrochemicalcapacitors,alsocalledsupercapacitors,haveattractedtremendousinterestaspowersourcesforapplicationsreq

8、uiringquickburstsofenergy.Itiswellknownthatelectrodematerialsplayavitalroleintheelectrochemicalperformanceofsupercapacitors,soresearchforthenovelelectro