1。3  超级电容器电极材料 3

1。4  钴镍氢氧化物及其复合材料的发展状况 4

1。5  二次电池发展现状及负极材料 4

1。6  立题的目的及研究内容 5

2  实验部分 6

2。1  实验原理 6

2。2  实验药品 6

2。3  实验仪器 7

2。4  实验步骤 8

2。5  结果与讨论 9

3  四氧化三钴的电化学性能研究 16

3。1  材料的制备及电池的组装 16

3。2  材料的表征 16

结  论 19

致  谢 20

参考文献 21

1  引言

    人类社会自从进入21世纪，各方面的科技知识与技术创新飞速发展，计算机及相关领域不断改善人们的生活，电子机械及人工智能随处可见，社会经济突飞猛进，人类生活越来越离不开能源动力，但是不可再生的化石能源日益锐减，并且它的使用还会对环境造成危害，因此人们越来越注重新能源的开发和利用[1]。电容器是一种储能元件，在切断电源或产生电压降时，它可保护电路，并且可避免过失操作[2]。相比于传统蓄电池和电解电容器，双电层电容器已经拥有了以上两者的优良特点，并且具有法拉第级的容量，因此双电层电容器又被称为超级电容器。超级电容器（Supercapacitors）是一种新型储能元件，具有循环性好，高比容，对环境友好[3]，大电容量，高功率等若干个优点，引起学术界广泛兴趣[4]。

    超级电容器具有巨大的前景，在各种微电子领域、环保型电动汽车方面、家用电器零部件、军事武器及机械的能源动力系统中随处可见。由于超级电容器优异的性能和广阔的前景，各国已经出台ESC的发展计划，将其作为重点研究实验的对象[5]。但就目前而言，我国对于超级电容器的研究开发水平很低，远远落后于其他国家，这就需要我们更加积极和深入的进行研究及操作，促进电极材料的发展。             

1。1  超级电容器的分类

首先，物理静电电容器、双电层电容器和赝电容器是电容器的三个分类。而被人们称为超级电容器[6]的是双电层电容和赝电容，它们可通过发生氧化还原反应，拥有法拉第级的电容。同时由于超级电容器的不断发展和完善，超级电容器的种类可谓是五花八。依据不同的标准，超级电容器就可以分为不同种类。双电层电容器和赝电容器就是由属性来划分的。根据结构来划分，超级电容器又可以被分为非对称型电容器和对称型电容器，非对称型的电容器是电极组成成分不同或电极反应不同，大部分都是导电聚合物电容器，而对称型电容器则相反，大部分是碳电极电容器和贵金属氧化物电极电容器[7]。论文网

1。2  超级电容器的工作原理

1。2。1  双电层电容器的基本原理

    双电层电容(Electrical Double-Layer Capacitance)是以双电层理论为基础研究的。Helmholtz于1887年提出第一个金属—溶液界面双电层结构的模型，他提出双电层的电容与普通平板电容器的电容可以类比，没有太大差别，金属电极是存在剩余电荷的，由于剩余电荷的存在可从溶液中吸附离子，该理论可以充分解释电位差很大条件下的电容原理，但是却不能解释电容与浓度之间的变化关系[8,9]。后来Gouy和Chapman发表了分散双电层理论，分散双电层理论认为由于离子存在热运动，因此要化简去繁，用没有体积的点电荷代替离子，点电荷不断接近电极但不出现紧密层。但该理论并没有充分的解释双电层的电容原理，因此在1924年Stern将上述两种原理进行融合，提出了双电层的吸附理论，也就是如今我们最为熟悉的双电层理论。他认为在忽略离子大小的条件下，一部分离子靠近电极（即存在紧密层）剩余离子则根据电荷密度从大到小的顺序逐渐分散在电极表面。因此紧密层和分散层组成了双电层，总的电压降等于二者电压降之和。所以我们可以这样理解双电层的充放电原理，由于电极表面有一部分剩余电荷，于是溶液中符号相反的离子就不断地靠近电极，并在电极表面形成一定的界面层，由于界面层能量差的存在，正负电荷彼此之间不能相互中和，表面也就形成了双电层电容。当两个电极上施加电场时，溶液中的阳离子向着负电极流动，阴离子正好相反，从而形成了双电层。当两个电极不存在电场时，正负电荷相互吸引但不能中和，双电层电容稳定存在。再将两电极连入外电路时，外电路在电荷迁移的条件下产生电流，直至溶液为电中性时溶液中离子迁移停止。机理如图1。1。