【摘 要】
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超级电容器作为一种新兴的储能装置具有功率密度大、充放电速度快和循环寿命长等优点,在新能源领域有着广泛的应用前景。电极材料在一定程度上决定了超级电容器的电化学性能,因此制备性能良好的电极材料至关重要。金属有机骨架(MOF)及其衍生物在结构和成分方面的可调控性使之成为制备性能优良的复合电极材料的良好选择。本文以MOF为牺牲模板制备过渡金属化合物,将其作为导电骨架与层状双金属氢氧化物复合,形成独特的核-
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超级电容器作为一种新兴的储能装置具有功率密度大、充放电速度快和循环寿命长等优点,在新能源领域有着广泛的应用前景。电极材料在一定程度上决定了超级电容器的电化学性能,因此制备性能良好的电极材料至关重要。金属有机骨架(MOF)及其衍生物在结构和成分方面的可调控性使之成为制备性能优良的复合电极材料的良好选择。本文以MOF为牺牲模板制备过渡金属化合物,将其作为导电骨架与层状双金属氢氧化物复合,形成独特的核-壳结构以提升材料的电化学性能。并将所制得的Zn-Co-O@Ni Co-LDH作为正极,组装混合超级电容器以研究材料的实际应用性能。首先,通过水热和低温磷化法以MOF为模板在泡沫镍上制备Ni Co P/C复合材料。Ni Co P/C复合材料具有较大的比表面积和较快的电子传输速率,因此有着良好的比电容和倍率性能。研究结果表明,当磷化温度为300℃时Ni Co P/C表现出最佳电化学性能。在电流密度为1 A/g下,表现出最大的比电容1648.4 F/g,并且当电流密度为20 A/g时电容保留率为80.5%。其次,为了进一步提升材料的循环稳定性,通过水热法将超薄Ni Mn-LDH纳米片沉积于Ni Co P/C导电骨架上,制备得到核-壳结构的Ni Co P/C@Ni Mn-LDH复合材料。结果表明,独特的核-壳结构和Ni Co P/C与Ni Mn-LDH间的协同作用有效提升了材料的电化学性能。当水热时间为5 h时,复合材料表现出最佳电化学性能。Ni Co P/C@Ni Mn-LDH-5电极在1 A/g下比电容可达2278.0 F/g;循环2000圈后电容保留率为93.7%。最后,采用三步法(化学浴沉积、退火和电沉积法)在泡沫镍上生长了Zn/CoMOF衍生物并电沉积Ni Co-LDH制备Zn-Co-O@Ni Co-LDH核-壳纳米材料。实验结果表明,MOF模板所衍生的相互交联的纳米片阵列、Zn-Co-O和Ni Co-LDH材料之间的协同作用改善了材料的电化学性能。当Ni Co-LDH电沉积时间为600s时材料表现出最佳的电化学性能。在1 A/g下,Zn-Co-O@Ni Co-LDH电极的比电容为2275.2 F/g;在5000次循环后电容保留率为82.4%。以此为正极,组装成混合电容器,性能测试结果显示在800 W/kg的功率密度下器件的能量密度为44.5W h/kg。
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