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题名	双金属氧化物及其复合材料的赝电容行为研究
作者	刘卯成
答辩日期	2013
导师	康龙 ; 孔令斌
关键词	超级电容器 双金属氧化物 赝电容行为 电极材料 复合材料
学位名称	博士
英文摘要	超级电容器是一种性能介于传统电容器和电池之间的新型电化学储能器件,因其功率高、循环性能好、充电速度快等优点,有望应用于军事、电动汽车、风能／太阳能发电以及消费类电子产品等诸多领域。在目前报道的超级电容器电极材料中,金属氧化物具有高于碳材料的比容量和优于导电聚合物的循环稳定性,最有潜力成为未来高比能量超级电容器的电极材料。本文根据目前最为常见的金属氧化物电极材料NiO和C0304赝电容性能的特点,设计制备了双金属氧化物及其复合材料,并根据分子式的不同将双金属氧化物分为AB204型、AB04型和A3B208型,分别研究了不同类型双金属氧化物及其复合材料的赝电容行为。(1)采用溶胶-凝胶方法制备了NiO和C0304电极材料,系统研究了其赝电容性能(NiO具有高比容量,但倍率性能和循环稳定性较差;C0304虽然容量远远低于NiO,却具有良好的倍率性能和循环稳定性)。为了兼备NiO和C0304材料赝电容性能的优点,设计制备了基于Ni.Co元素的AB204型双金属氧化物NiCo2O4;通过控制热处理的温度,分别得到了纯NiCo2O4和NiO/NiCo2O4/Co3O4复合材料。结果显示NiCo2O4不仅具有高于NiO的比容量,同时兼备了良好的倍率性能和循环稳定性;NiO/NiCo2O4/Co3O4复合材料具有更优于NiCo2O4的赝电容性能。说明设计双金属氧化物能使其兼备两种金属元素氧化物的赝电容性能优点,而通过复合则能够进一步提升氧化物材料的赝电容性能。同时,通过对于NiCo2O4中Ni元素的替代,制备了另一种AB204型双金属氧化物MnCo204。MnCo2O4虽然保持了较好的循环稳定性,但比容量和倍率性能远远低于NiCo2O4。说明AB204型双金属氧化物中,A位元素对于其比容量和倍率性能具有明显的影响作用。(2)为了进一步研究双金属氧化物中A、B两种元素对其赝电容性能的影响,分别设计制备了ABO4型双金属氧化物NiMoO4、CoMoO4、NiWO4和CoW04。通过对于四种双金属氧化物电极材料赝电容性能的研究发现：A位元素对ABO4型双金属氧化物的比容量、倍率性能和循环稳定性具有重要的影响作用,当A位元素变化时,双金属氧化物的比容量、倍率性能和循环稳定性会发生明显变化,双金属氧化物体现出接近于其A位元素氧化物的赝电容特性;当A位元素保持不变,B位元素变化时,双金属氧化物材料的赝电容性能的变化较小,说明B位元素对于双金属氧化物赝电容性能的影响弱于A位元素。(3)为了证实A位元素对于双金属氧化物赝电容性能的决定性影响作用以及A、B两种元素的比例对于双金属氧化物赝电容性能的影响规律,设计制备了A3B208型双金属氧化物Ni3V2O8和Co3V2O8。通过对于其赝电容性能的表征证实了A位元素对于双金属氧化物赝电容性能的决定性作用,即双金属氧化物材料的赝电容性能主要由处于A位的低价态元素所决定;随着双金属氧化物中A、B元素比例的增加,比容量随之增加。同时通过对于Ni系和Co系双金属氧化物赝电容性能的系统研究总结得出：Ni系双金属氧化物都具有高的比容量,但其倍率性能和循环稳定性较差(除了NiCo2O4具有良好的倍率性能和循环稳定性);Co系双金属氧化物则容量低,但具有良好的倍率性能和循环稳定性。(4)为全面提升双金属氧化物电极材料的赝电容性能,根据Ni系和Co系双金属氧化物赝电容性能的优缺点和结构特性设计制备了双金属氧化物复合材料(CoMoO4/NiMoO4和Ni3V2O8/Co3V2O8材料),通过控制材料中Ni系和Co系双金属氧化物相对含量的线性变化,最终探明复合材料的高比容量主要由Ni系双金属氧化物贡献,而良好的倍率储能则主要由Co系双金属氧化物贡献。同时通过具有不同尺寸和结构的Ni系和Co系双金属氧化物的选择以及里外层次(指骨架结构与表面包覆层结构)的设计,确定了复合尺寸和结构次序对于复合材料赝电容性能的贡献作用,即纳米尺寸的复合效果优于微米尺寸的复合;容量高的Ni系适合于作为复合材料的骨架,而倍率性能和循环稳定性较好的Co系更适合于作为表面包覆层。
语种	中文
页码	128
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内容类型	学位论文
源URL	[http://ir.lut.edu.cn/handle/2XXMBERH/89717]
专题	材料科学与工程学院
作者单位	兰州理工大学
推荐引用方式 GB/T 7714	刘卯成. 双金属氧化物及其复合材料的赝电容行为研究[D]. 2013.

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