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超级电容器具有充放电速率快、功率密度高和循环寿命长等特点,但是,超级电容器能量密度低的缺点限制了它在大容量储能领域的应用。因此,在不牺牲超级电容器其他优点的情况下,提高其能量密度具有重要的现实意义。其中,发展新型超级电容器电极材料是解决这一问题的关键。二维片状电极材料具有较大的比表面积,能有效缩短电子传输的距离,有利于离子扩散,用于超级电容器电极材料时具有独特的优势。鉴于此,本文通过溶剂热的方法合成一类具有二维片状结构的过渡金属化合物—M(OH)(OCH3),并探索了此类化合物在超级电容器中的应用。论文的主要内容和成果如下: (1)以甲醇为溶剂,利用溶剂热的方法合成了单一过渡金属化合物M(OH)(OCH3)(M=Co、Ni、Mn),并对其电化学性能进行了研究。通过XRD、FTIR和XPS等表征手段研究发现Co(OH)(OCH3)、Ni(OH)(OCH3)和Mn(OH)(OCH3)具有相同的晶体结构及官能团组成。SEM、EA及ICP的表征结果显示三种电极材料呈片状结构、元素分布均匀、无相分离。电化学测试结果表明,三种电极材料的电容特性起源于法拉第氧化还原反应,是法拉第型的电极材料。 (2)利用溶剂热法合成了双金属化合物CoxNi1-x(OH)(OCH3)电极材料,并研究了其电化学性能。Co/Ni比可以在大范围内(0-1.0)任意调控,Co/Ni比影响到电极材料的形貌及电化学性能。得益于特殊的形貌及Co和Ni之间的协同效应,Co1/2Ni1/2(OH)(OCH3)电极材料展现出了较高的活性及优异的电化学性能。1Ag-1电流密度下的比电容高达1451F g-1,循环充放电5000次后仍保有初始比电容的96.1%,表现出了良好的循环性能。 (3)以CoxNi1-x(OH)(OCH3)为正极材料,碳材料(AC、CNT、CNF)为负极材料,组装混合型超级电容器,研究他们的超电容性能。当CoxNi1-x(OH)(OCH3)正极材料的Co/Ni=1.0、m-/m+=1.5和AC作为负极材料时混合型超级电容器具有最好的电化学性能。在1Ag-1电流密度下的比电容高达130Fg-1,最高能量密度为52.0Wh kg-1,(功率密度为850W kg-1),即使功率密度增加到8500Wh kg-1时,能量密度仍可达到31.9Wh kg-1。5Ag-1电流密度下循环充放电10000次后的比电容是初始比电容的180%,是活化后最高比电容的70%,体现出了优异的循环性能。 本文提供了一种利用甲醇热法合成二维纳米片状过渡金属化合物电极材料的方法,此方法不仅可以合成单一金属化合物,也可以合成双金属甚至三金属化合物,希望此方法能为超级电容器二维片状电极材料的制备提供参考。