本文主要研究内容
作者付文斌（2019）在《金属氧/硫化物纳米材料在超级电容器中的应用》一文中研究指出：为了实现环境和能源的可持续发展,世界各国不断加大对风能、太阳能等清洁可再生能源的开发和利用。与此同时,便携式电子产品、电动汽车等新兴市场持续扩大。这些因素正推动着新型能量储存技术的快速发展。在这些储能技术中,超级电容器作为一种高功率、超快充放电速率、超长寿命的储能器件吸引了人们越来越多的关注。基于碳材料和有机电解质的商业化超级电容器成本高、能量密度低、安全性不足,严重影响了其进一步的推广应用。最新的研究表明,水系混合超级电容器有望解决这些问题。水系混合超级电容器是由一种电容型电极和一种电池（或赝电容）型电极构成,并结合两种电极各自的优势。它具有比锂离子电池更高的功率密度和比传统电容器更高的能量密度。混合超级电容器能利用金属氧化物的氧化还原反应,实现高容量的电荷存储。但是,传统的金属氧化物如MnO2、Fe2O3、Co3O4等由于导电性低和结构稳定性差,导致其电化学性能严重不足,从而限制了混合超级电容器的应用。为了解决这些问题,在本论文工作中,我们提出了以下三个可行的策略。（1）我们选择双金属氧化物ZnCo2O4作为一种电池型电极。与对应的单一成分氧化物相比,ZnCo2O4具有更高的导电性和电化学活性。相比于传统刮涂的ZnCo2O4粉末电极,我们发现这种自支撑的自组装微球结构能够极大的提高电极的倍率性能和循环稳定性。为了进一步提高ZnCo2O4的电化学性能,我们以水生长的一维ZnCo2O4纳米线作为自支撑骨架,通过电化学沉积在ZnCo2O4纳米线上修饰Ni-Co氢氧化物超薄纳米片,从而构成一种双金属氧化物/氢氧化物核壳纳米复合结构电极。通过表征和分析,我们发现这种纳米复合电极具有高的比容量(419.1?Ah cm-2)和良好的倍率性能,并且在2000次循环后其容量仍保持80%。这些性能远远优于单一组分的ZnCo2O4或Ni-Co氢氧化物电极。此外,组装的水系混合电容器能够在1.7 V的工作电压下保持26.2 Wh kg-1的能量密度,并且拥有非常稳定的循环性能。（2）我们将金属氧化物与稳定的碳材料进行复合,构建一种自支撑的碳/金属氧化物纳米复合电极来提高电极的倍率性能和稳定性。这种纳米复合电极基于电化学方法制备的一维氮掺杂碳（N-C）纳米线和赝电容金属氧化物Fe2O3和MnO2次级纳米结构。在这种复合结构中,三维碳材料能够充当一种导电的稳定支撑结构,使稳定性和导电性较差的金属氧化物（Fe2O3和MnO2）牢牢地附着上面。因此,所制备的纳米复合电极能够表现出高的比电容、优异的倍率性能和循环稳定性。我们以这两种纳米复合电极结合凝胶电解质组装成全固态非对称电容器。其能够表现出高的工作电压窗口（1.6 V）、高的比容量(72 mF cm-2)和良好的倍率性能,并拥有超快的充放电速度。（3）我们使用导电性和电化学活性更强的金属硫化物作为电池型电极材料,从而提高电极和器件的容量和倍率性能。我们采用一种简单通用的水热方法,以Na2S2O3作为硫源,制备出金属硫化物（CuS和Ni3S2）纳米结构材料。我们选择CuS和Ni3S2这两种硫化物材料,因为它们具有电化学活性高、制备成本低、元素储量丰富和安全稳定等优点。我们发现CuS纳米结构网络主要由纳米颗粒连接而成,从而构成一种稳定的导电网络,能够促进电荷的传输过程。因而,所制备的CuS电极具有高的比容量(50 mAh g-1)和稳定性。不同于CuS纳米材料,Ni3S2纳米片则原位生长在泡沫镍表面形成一种蜂窝状的自支撑结构。得益于其稳定多孔的结构,Ni3S2电极能够实现更高的容量(151.2 mAh g-1)和更稳定的性能（3000次循环后,保持83.2%）。我们分别以两种硫化物和活性碳（AC）作为正负极材料组装成CuS//AC和Ni2S3//AC水系混合电容器。所组装的器件中,Ni2S3//AC混合电容器能够表出高达35.2 Wh kg-1的能量密度,远高于传统超级电容器和最近的研究报道。这些结果说明了我们提出的策略能够极大地提高混合超级电容器的性能。相比于传统超级电容器,我们组装的器件表现出更高的能量密度,同时具有其他的几个优点,包括制备简单、安全、环境友好等,这些对于储能器件的研究和应用具有非常重要的意义。
Abstract
wei le shi xian huan jing he neng yuan de ke chi xu fa zhan ,shi jie ge guo bu duan jia da dui feng neng 、tai yang neng deng qing jie ke zai sheng neng yuan de kai fa he li yong 。yu ci tong shi ,bian xie shi dian zi chan pin 、dian dong qi che deng xin xing shi chang chi xu kuo da 。zhe xie yin su zheng tui dong zhao xin xing neng liang chu cun ji shu de kuai su fa zhan 。zai zhe xie chu neng ji shu zhong ,chao ji dian rong qi zuo wei yi chong gao gong lv 、chao kuai chong fang dian su lv 、chao chang shou ming de chu neng qi jian xi yin le ren men yue lai yue duo de guan zhu 。ji yu tan cai liao he you ji dian jie zhi de shang ye hua chao ji dian rong qi cheng ben gao 、neng liang mi du di 、an quan xing bu zu ,yan chong ying xiang le ji jin yi bu de tui an ying yong 。zui xin de yan jiu biao ming ,shui ji hun ge chao ji dian rong qi you wang jie jue zhe xie wen ti 。shui ji hun ge chao ji dian rong qi shi you yi chong dian rong xing dian ji he yi chong dian chi （huo yan dian rong ）xing dian ji gou cheng ,bing jie ge liang chong dian ji ge zi de you shi 。ta ju you bi li li zi dian chi geng gao de gong lv mi du he bi chuan tong dian rong qi geng gao de neng liang mi du 。hun ge chao ji dian rong qi neng li yong jin shu yang hua wu de yang hua hai yuan fan ying ,shi xian gao rong liang de dian he cun chu 。dan shi ,chuan tong de jin shu yang hua wu ru MnO2、Fe2O3、Co3O4deng you yu dao dian xing di he jie gou wen ding xing cha ,dao zhi ji dian hua xue xing neng yan chong bu zu ,cong er xian zhi le hun ge chao ji dian rong qi de ying yong 。wei le jie jue zhe xie wen ti ,zai ben lun wen gong zuo zhong ,wo men di chu le yi xia san ge ke hang de ce lve 。（1）wo men shua ze shuang jin shu yang hua wu ZnCo2O4zuo wei yi chong dian chi xing dian ji 。yu dui ying de chan yi cheng fen yang hua wu xiang bi ,ZnCo2O4ju you geng gao de dao dian xing he dian hua xue huo xing 。xiang bi yu chuan tong gua tu de ZnCo2O4fen mo dian ji ,wo men fa xian zhe chong zi zhi cheng de zi zu zhuang wei qiu jie gou neng gou ji da de di gao dian ji de bei lv xing neng he xun huan wen ding xing 。wei le jin yi bu di gao ZnCo2O4de dian hua xue xing neng ,wo men yi shui sheng chang de yi wei ZnCo2O4na mi xian zuo wei zi zhi cheng gu jia ,tong guo dian hua xue chen ji zai ZnCo2O4na mi xian shang xiu shi Ni-Coqing yang hua wu chao bao na mi pian ,cong er gou cheng yi chong shuang jin shu yang hua wu /qing yang hua wu he ke na mi fu ge jie gou dian ji 。tong guo biao zheng he fen xi ,wo men fa xian zhe chong na mi fu ge dian ji ju you gao de bi rong liang (419.1?Ah cm-2)he liang hao de bei lv xing neng ,bing ju zai 2000ci xun huan hou ji rong liang reng bao chi 80%。zhe xie xing neng yuan yuan you yu chan yi zu fen de ZnCo2O4huo Ni-Coqing yang hua wu dian ji 。ci wai ,zu zhuang de shui ji hun ge dian rong qi neng gou zai 1.7 Vde gong zuo dian ya xia bao chi 26.2 Wh kg-1de neng liang mi du ,bing ju yong you fei chang wen ding de xun huan xing neng 。（2）wo men jiang jin shu yang hua wu yu wen ding de tan cai liao jin hang fu ge ,gou jian yi chong zi zhi cheng de tan /jin shu yang hua wu na mi fu ge dian ji lai di gao dian ji de bei lv xing neng he wen ding xing 。zhe chong na mi fu ge dian ji ji yu dian hua xue fang fa zhi bei de yi wei dan can za tan （N-C）na mi xian he yan dian rong jin shu yang hua wu Fe2O3he MnO2ci ji na mi jie gou 。zai zhe chong fu ge jie gou zhong ,san wei tan cai liao neng gou chong dang yi chong dao dian de wen ding zhi cheng jie gou ,shi wen ding xing he dao dian xing jiao cha de jin shu yang hua wu （Fe2O3he MnO2）lao lao de fu zhao shang mian 。yin ci ,suo zhi bei de na mi fu ge dian ji neng gou biao xian chu gao de bi dian rong 、you yi de bei lv xing neng he xun huan wen ding xing 。wo men yi zhe liang chong na mi fu ge dian ji jie ge ning jiao dian jie zhi zu zhuang cheng quan gu tai fei dui chen dian rong qi 。ji neng gou biao xian chu gao de gong zuo dian ya chuang kou （1.6 V）、gao de bi rong liang (72 mF cm-2)he liang hao de bei lv xing neng ,bing yong you chao kuai de chong fang dian su du 。（3）wo men shi yong dao dian xing he dian hua xue huo xing geng jiang de jin shu liu hua wu zuo wei dian chi xing dian ji cai liao ,cong er di gao dian ji he qi jian de rong liang he bei lv xing neng 。wo men cai yong yi chong jian chan tong yong de shui re fang fa ,yi Na2S2O3zuo wei liu yuan ,zhi bei chu jin shu liu hua wu （CuShe Ni3S2）na mi jie gou cai liao 。wo men shua ze CuShe Ni3S2zhe liang chong liu hua wu cai liao ,yin wei ta men ju you dian hua xue huo xing gao 、zhi bei cheng ben di 、yuan su chu liang feng fu he an quan wen ding deng you dian 。wo men fa xian CuSna mi jie gou wang lao zhu yao you na mi ke li lian jie er cheng ,cong er gou cheng yi chong wen ding de dao dian wang lao ,neng gou cu jin dian he de chuan shu guo cheng 。yin er ,suo zhi bei de CuSdian ji ju you gao de bi rong liang (50 mAh g-1)he wen ding xing 。bu tong yu CuSna mi cai liao ,Ni3S2na mi pian ze yuan wei sheng chang zai pao mo nie biao mian xing cheng yi chong feng wo zhuang de zi zhi cheng jie gou 。de yi yu ji wen ding duo kong de jie gou ,Ni3S2dian ji neng gou shi xian geng gao de rong liang (151.2 mAh g-1)he geng wen ding de xing neng （3000ci xun huan hou ,bao chi 83.2%）。wo men fen bie yi liang chong liu hua wu he huo xing tan （AC）zuo wei zheng fu ji cai liao zu zhuang cheng CuS//AChe Ni2S3//ACshui ji hun ge dian rong qi 。suo zu zhuang de qi jian zhong ,Ni2S3//AChun ge dian rong qi neng gou biao chu gao da 35.2 Wh kg-1de neng liang mi du ,yuan gao yu chuan tong chao ji dian rong qi he zui jin de yan jiu bao dao 。zhe xie jie guo shui ming le wo men di chu de ce lve neng gou ji da de di gao hun ge chao ji dian rong qi de xing neng 。xiang bi yu chuan tong chao ji dian rong qi ,wo men zu zhuang de qi jian biao xian chu geng gao de neng liang mi du ,tong shi ju you ji ta de ji ge you dian ,bao gua zhi bei jian chan 、an quan 、huan jing you hao deng ,zhe xie dui yu chu neng qi jian de yan jiu he ying yong ju you fei chang chong yao de yi yi 。
论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自兰州大学的付文斌，发表于刊物兰州大学2019-07-29论文，是一篇关于金属氧化物论文,金属硫化物论文,纳米材料论文,复合结构论文,超级电容器论文,兰州大学2019-07-29论文的文章。本文可供学术参考使用，各位学者可以免费参考阅读下载，文章观点不代表本站观点，资料来自兰州大学2019-07-29论文网站，若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权，请联系我们删除。
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