第 2  页 本科毕业设计说明书

或氧化物膜上产生,如贵金属 RuO2。由于赝电容器的反应可以发生在活性物质的内部,所以 赝电容器比双电层电容器有更高的电容和能量密度。在相同电极面积下,赝电容器电容是双 电层电容器的 10 至 100 倍,但是由于赝电容器发生的是氧化还原反应,所以赝电容器在循环 使用过程中的稳定性要比双电层电容器差。

1。2。3  混合电容器

混合电容器又称非对称性电容器,它是将赝电容器与双电层电容器组装起来一起使用的 一种电容器。一极应用的是双电层电容器的机理,另一极应用的是赝电容器的机理。混合电 容器兼并了双电层电容器和赝电容器两者的性质,具有更高的能力密度和更大的电压范围。

1。3 超级电容器的电极材料

1。3。1  碳基材料

碳基材料是主要应用在双电层电容器中的最普遍的材料,是因为其有较大的比表面积, 较高的孔隙率和极好的导电性。目前主要以活性炭、碳纳米管(CNTs)、和石墨烯为主要的 研究对象。

活性炭具有价格低廉、成型性好、原料丰富、电化学稳定性高、技术成熟等优点,是现 在使用最多的双电层电容器电极的材料。在双电层电容器中,是在电极表面与电解液的界面 所形成的界面来储存电荷。因此,增加活性炭的孔径来提高离子的通透性成为了当前研究的 热点。

碳纳米管(CNTs)具有比表面积大、导电性能好、比功率高、克高频放电的优异性能, 但是由于其价格比较昂贵、批量生产技术不成熟等缺点,在一定程度上限制了其作为电极材 料的应用。

石墨烯是目前被普遍认为最具有发展潜力的新型碳材料。石墨烯的理论比表面积高达 2600m2∙g-1,具有优异电学性能(室温下其电子迁移率高达 20000cm2∙V-1s-1)、力学性能和导 电性能,还具有量子霍尔效应和隧穿效应等,因此,石墨烯在碳基材料中被认为是最理想的 电极材料。论文网

1。3。2 金属氧化物/氢氧化物材料

贵金属氧化物 RuO2 和 IrO2 是最早用于超级电容电极材料的物质,RuO2 和 IrO2 具有较高 的比电容和高电导率、良好的热稳定性和环境稳定性,但是由于其生产成本过高、高污染性, 不利于大规模的利用,逐步被 NiCo2O4、Co3O4、Ni(OH)2、NiO、MnO2 等过渡金属氧化物所 代替。

1。3。3  NiCo2O4 体系

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NiCo2O4、CoFe2O4、ZnAl2O4、ZnCo2O4、NiFe2O4等二元材料被广泛的应用于赝电容器 的电极材料的应用。二元氧化物NiCo2O4由于其显著的导电性,是目前比较受欢迎的电极材料, 具有多重可转换的价态和容易控制的形态。到目前为止,不同合成的一维(1D)纳米线,二 维(2D)纳米片和三维(3D)多级结构的与其他贵金属氧化物如贵金属氧化物的RuO2相比, 已经展现了其优越的电容性质。一维NiCo2O4纳米线为电子和离子提供短传输途径,提高扩散 的动力学和改善放电能力。二维NiCo2O4纳米线,有两个规模的纳米尺寸范围,两者之间趋于 交联。因此,形成了大的、开放的“V型”空间结构被用来储存电子,并且因为它有非常高 的表面积,所以为氧化还原反应提供了大量电场。三维NiCo2O4多级结构是形成这些纳米结构

的单元,它会将继承上述优点,同时还具有高稳定性,均匀的孔隙率,和抗聚性等额外的优 点。

关于NiCo2O4多层次结构的合成,它的一维纳米线和二维纳米片的结构是在两步水热法中 通过退火处理形成的。为了研究NiCo2O4多层次结构的装配原理,按照第一次水热法的顺序进 行第二次水热,合成所述NiCo2O4样品。对于无粘结性电极,泡沫镍是用作基底在原位生长。 当前的运载能力通过一个适当的压片过程被增强,一系列的研究表明,多层次结构成功的生 产主要是按照水热法步骤的顺序,当2维纳米片趋于被一维纳米线包围的时候,比电容高达 1785。5 F g-1,并显示优异的循环性能(在10 A g-1下,3000次循环后为比电容为1993 F g-1)

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