论文部分内容阅读
超级电容器作为一种有前景的储能器件,其电极材料正在不断探索,与过渡金属氧化物相比,过渡金属硒化物有更强的导电性,也是可以作为超级电容器的电极材料。本文在超级电容器两种常见的集流体(Ni、Cu)上原位生长出纳米硒化物(NiSe,Cu1.8Se),作为超级电容器电极材料,研究在金属基底上原位合成不同形貌的纳米硒化物的方法,以及其在超级电容器中储能机理。本文详细工作如下:(1)通过一步水热法在加入表面活性剂后,制备出一种平均长度约为520nm的NiSe纳米阵列,采用X射线粉末衍射仪、场发射扫描电子显微镜及能谱仪对其晶体结构、微观形貌进行表征,探究表面活性剂的加入量对其形貌及性能的影响。在加入0.15g月桂酰胺丙基甜菜碱(LAB)后,制备出的NiSe@Ni电极材料在恒定充放电电流密度为4mA/cm2下,其比容量可达1.55F/cm2,在循环1000次后仍可保持67%。另外,组装了NiSe//AC(活性碳)非对称超级电容器,在1mol/L KOH溶液中,NiSe//AC非对称超级电容器的工作电压可达1.6V,在功率密度为46.2mW/cm3下其能量密度可达2.67mWh/cm3;在恒定电流密度为20mA/cm2下,循环1600次充放电后其比容量保持为初始的72.7%。(2)通过一步水热法制备出一种平均厚度约为55nm的Cu1.8Se纳米分级结构的电极材料,采用X射线粉末衍射仪、场发射扫描电子显微镜及附件能谱扫描仪对其晶体结构、微观形貌进行表征,探究不同制备温度对其晶体结构和形貌的影响,并在碱性电解液(1mol/L KOH)中,在不同电压窗口下研究其转变过程。研究发现,可以通过改变电压窗口对Cu1.8Se纳米分级片花状结构电极材料的形貌和成分进行可控转变,当电压窗口为0-0.6V时,经过循环伏安法循环35次后,可得到平均厚度为15nm的纳米分级片花状结构的CuO;当电压窗口为0-0.55V时,经过循环伏安法循环35次后,可得到一种平均直径为105nm的纳米阵列结构的Cu(OH)2。然后选择比容量较大的CuO@Cu电极材料作为正极,活性炭作为负极材料,组装成CuO//AC非对称超级电容器,进一步研究其器件的电化学性能。在功率密度为2505W/kg时,其能量密度可达85.03Wh/kg,具有超高的能量密度,并且在循环6500次充放电后,其比容量仍保持初始值的83%,说明其具有优良的稳定性。