碳基金属氧化物/氢氧化物电极材料的制备及其性能研究

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随着智能纺织品和可穿戴电子设备的发展,具有功率密度高、柔韧性好、低成本、清洁环保等优点的柔性超级电容器成为最具有竞争力的储能设备,因此,开发轻质、高性能的柔性电极材料成为研究人员关注的热点。本文选择碳布作为柔性基底,通过水热法在碳布上分别生长镍钴双氢氧化物(NiCo-DH)和氧化铁,将碳布良好的导电性与稳定性以及金属氧化物/氢氧化物的高比电容值等优点相结合,制备成具有柔性的无粘结剂超级电容器电极材料,并对材料的性能进行研究,具体如下:(1)采用一步水热法在碳布上直接生长镍钴双氢氧化物,同时研究了在加入不同浓度的镍离子和钴离子的条件下,对镍钴双氢氧化物的形貌结构及电化学性能的影响。结果表明,初始反应物中Ni2+=4 mmol,Co2+=8 mmol的条件下合成的材料具有最佳性能,NiCo-DH片层结构较为完整并均匀地生长在碳布上,当电流密度为5 mA cm-2时,电极C-Ni-4-Co-8的面积比电容高达4.19 F cm-2,当电流密度高达100 mA cm-2时,电极具有62%的良好倍率性能,在35 mA cm-2的大电流密度下充放电循环5000次后,其循环稳定性可达83%,证明其具有优异的比电容值和良好的循环稳定性。(2)通过水热法在柔性碳布上生长Fe203,并探讨了不同水热温度下合成的电极材料的形貌结构及电化学性能。结果表明,当水热温度为180℃时,为Fe203生长的最佳条件,此时电极材料Fe2O3/CC-180具有最佳的电化学性能,在1 mA cm-2的电流密度下,面积比电容达到1.06 F cm-2,当电流密度增大20倍时,其倍率性能可达62%左右,在电流密度为8 mA cm-2时,充放电循环2000圈,电极的面积比电容仅比最初减少了5%左右,表现出较高的比电容和优异的循环稳定性,说明Fe2O3/CC-180电极是一种具有研究价值的超级电容器负极材料。
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