【摘 要】
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制作与构建对环境友好无污染以及高电容、长寿命、低损耗的新型电容储能器件对现代信息科技社会具有十分重要的意义。传统的电容储能器件主要是双电层电容器和法拉第赝电容器,但是,它们各自有自己的缺点限制了其本身更好的发展,比如能量密度较低,因此,在传统电容器基础上应运而生了一种更为先进的储能器件—混合超级电容器(HSC)器件,该器件是由法拉第赝电容器和双电层电容器共同组成的,可以同时兼备法拉第赝电容器和双电
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制作与构建对环境友好无污染以及高电容、长寿命、低损耗的新型电容储能器件对现代信息科技社会具有十分重要的意义。传统的电容储能器件主要是双电层电容器和法拉第赝电容器,但是,它们各自有自己的缺点限制了其本身更好的发展,比如能量密度较低,因此,在传统电容器基础上应运而生了一种更为先进的储能器件—混合超级电容器(HSC)器件,该器件是由法拉第赝电容器和双电层电容器共同组成的,可以同时兼备法拉第赝电容器和双电层电容器的优点而引起了广泛关注。过渡金属氧化物HSC器件就作为HSC器件的一种,因其环境友好、成本低廉、性能较高等优点已经成为研究的热门方向之一。电极材料本身的表现对过渡金属氧化物HSC器件的性能是起到决定性作用的,当然,实际需求就是希望HSC器件的性能可以越来越高,因此,我们需要在电极上的研究投入更多才有可能让性能达到我们使用的要求,满足现在及未来人们在储能方向的需求。本文的两个工作内容具体如下:(1)以实验室普通的水热环境制备出的MoO3为原料合成电极材料Zn3Mo2O9,其拥有独具特色的纳米片结构,电容器其优异的性能归因于纳米片的独特结构,大比表面积,快速的电子传输速率以及全面,深层的特性。另外,由于存在氧化钼(MoO3),其电导率得以提高。负极我们使用的是从可乐丽直接购买的活性炭(AC)作为电极材料,与Zn3Mo2O9分别作为HSC器件的两极,组合的Zn3Mo2O9//AC HSC器件的比电容是46F·g-1(电流密度为1A·g-1),此时最大能量密度达到20.8Wh·kg-1和397W·kg-1的相应功率密度。1000循环后的比电容保持率循环为92.3%,证明电极材料具有良好的稳定性,为电容器提供了新的思考方向。(2)在第一个工作的基础上,我们对Zn3Mo2O9进行优化创新,利用简单的搅拌反应条件,对Zn3Mo2O9进行碳包裹,合成的复合材料Zn3Mo2O9@C作为正极材料。碳包裹后的Zn3Mo2O9,结构变得更疏松,使其导电性变得更加优异,拥有了碳作为材料的“骨架”,为电容器提供了更为坚固稳定的材料,因而提高了电容器的循环稳定表现,从而达到提高了HSC器件的综合性能。rGO(还原氧化石墨烯)—一种碳基材料,该材料是我们在实验室自行合成的,制备完成后,与之前合成的Zn3Mo2O9@C共同构建成Zn3Mo2O9@C//rGO HSC器件:(1)该器件在1A·g-1电流密度之下,测试得到了更好结果,比电容提高至134F·g-1,完整的电容器能量密度达到了47.6Wh·kg-1;(2)在同样的循环条件下,在经历1000次循环后,比电容的保持率更高,为96%。本文所研究的Zn3Mo2O9@C//rGO HSC器件性能表现优异,这个工作为Zn3Mo2O9材料优化提供了新的思路。
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