Co3O4基復合電極材料的制備與電化學性能研究.pdf

1、超級電容器作為一類新型綠色儲能器件，具有功率密度高，循環壽命長，充放電速度快以及環境友好等顯著優點，有望成為下一代能源存儲設備。根據電荷存儲機制，超級電容器大致可以分為兩類，即雙電層電容器和贗電容器。碳材料屬于雙電層電容，主要通過電極/電解液界面發生可逆的靜電離子吸附來存儲電荷。過渡金屬氧化物和導電聚合物屬于贗電容，主要利用電極材料表面發生的快速可逆的法拉第氧化還原反應來存儲電荷。目前，對于贗電容超級電容器的研究主要集中在過渡金屬氧化物

2、，其豐度高，價格低廉；典型的Co3O4具有豐富的法拉第贗電容，理論比電容相當高，但循環穩定性和速率比電容性能仍不能滿足實際應用的需求。最近，幾種電活性材料組合后的多組分復合材料由于協同效應的作用表現出優異的電化學性能。本論文針對Co3O4電極材料的缺點，設計并合成了兩種Co3O4基復合電極材料，對其電化學性能作了充分研究和討論。主要研究內容如下：
　?。?）通過簡單的水熱法和化學浴沉積法在泡沫鎳集流體上制備了Co3O4@NiCo2

3、O4復合電極材料。電化學測試結果表明，Co3O4@NiCo2O4復合電極材料在3 mA/cm2電流密度下面積和質量比電容分別達到1.33 F/cm2和1330 F/g，優于原始的Co3O4電極材料（0.42 F/cm2和840 F/g）。而且具有優異的速率比電容，即使電流密度增大到30 mA/cm2，比電容仍能保持原始的72％。同時， Co3O4@NiCo2O4復合電極材料具有超高的循環穩定性（5000圈后比電容保持率為100.7%）。

4、
　?。?）通過簡單的溶劑熱法和電化學沉積法在泡沫鎳集流體上制備了Co3O4@PPy復合電極材料。研究了第二步電化學沉積過程中不同的吡咯（Py）單體濃度和電沉積時間對雜化結構材料形貌的影響，結合電化學性能測試結果得到了沉積時間和吡咯（Py）單體濃度最優化方案（288 mM，8 min）。電化學測試結果表明，Co3O4@PPy電極材料在2 mA/cm2電流密度下面積和質量比電容分別高達2.11 F/cm2和1762 F/g，約為原始

5、Co3O4電極材料的4倍和1.6倍（0.54 F/cm2和1082 F/g）。而且 Co3O4@PPy電極材料的等效串聯電阻（0.238Ω）比Co3O4電極材料（0.319Ω）更低。此外，該電極材料在功率密度為418 W/kg時的能量密度高達61.2 Wh/kg，即使在大功率密度4180 W/kg下能量密度仍達到39.7 Wh/kg。具有介孔結構和高比表面積的Co3O4@PPy三維雜化電極有利于電解液的浸潤，促進電子和離子的擴散，加快電