1. 研究目的与意义、国内外研究现状(文献综述)
随着科学技术的不断发展,用电设备得到普及,成为现代文明的标志。科技在快速的发展。但是,也逐渐出现了生态环境日益恶化、资源和能源日渐短缺等迫在眉睫的问题。现在人们的主要能源来源是传统能源,因此,传统能源势必枯竭的问题是人类将要面临的巨大挑战。所以逐步减少传统化石能源的使用,研发新型的可再生清洁能源,是十分迫切的。当前,太阳能、风能、核能、潮汐能和水电能等是被广泛关注的新能源,然而如何储存并利用这些新能源,就需要发展新型的储能装置。因此,绿色高效储能装置的研究也成为当前科学研究的热点。在这种背景下,超级电容器作为储能设备因其具有高能量密度、高功率密度和长寿命等优点而被人们列为研究重点。
根据超级电容器储能机理的不同可以分成三大类:双电层电容器、赝电容器、混合电容器。现在的主要研究方向就是混合电容器。混合电电容器是将两种不同类型的电极材料分别作为正负极形成复合型电容器。在混合电化学电容器中,一极采用赝电容电极,通过电化学反应进行电荷储存与转化能量,另一极则是通过双电层电容来储存能量。一般情况下,混合电容器是用金属氧化物作为正极材料,用碳材料或金属的碳化物以及氮化物作负极。所以,混合电化学电容器同时具备电池的高能量密度,和较高的工作电压。由此可见,超级电容器的各个组成部分中,电极材料是其核心。电极材料的种类、结构稳定性、适用的温度、理论能量密度和功率密度等性质直接决定了超级电容器的性能及应用领域。所以,国内外科研工作者主要研究超级电容器的电极材料。
目前超级电容器的电极材料主要分为三种:分别是碳材料,过渡金属氧化物材料和导电聚合物材料。另外就是今年新发展起来的复合电极材料。碳材料质量轻,稳定性好,来源广泛,价格便宜。但由于其材料本身的限制,碳材料无法达到较高比容量。过渡金属氧化物,如氧化钌、氧化镍、氧化钴、氧化锰等材料,虽然具有较大的理论电容,但材料的价格,储量,安全性,循环稳定性等问题也限制了其应用。所以有人把这两种材料复合起来获得比电容高且循环稳定性得到一定提升的复合电极材料。
2. 研究的基本内容和问题
1.研究的目标:研究不同条件下的多孔碳包裹的nio/cnt电极材料的电化学性能
2.研究内容:
利用水热反应在多壁碳纳米管外形成氢氧化镍层,再经煅烧处理将其转化为氧化镍;然后以葡萄糖作为碳源,通过水热反应使其形成多孔碳。通过改变葡萄糖溶液的浓度、反应温度等条件,制备不同的材料,对目标产物进行表征(如测定比表面积、sem、ir等),通过cv、cp、imp等方法测其电化学特性,研究其对电化学特性的影响。
3. 研究的方法与方案
1.研究方法:利用水热法合成氢氧化镍/碳纳米管材料,经过煅烧,形成氧化镍/碳纳米管材料,以葡萄糖为碳源经过水热反应,在经过煅烧形成碳包裹材料,利用cp cv imp测其电化学性能。
2.技术路线 实验方案
氢氧化镍/碳纳米材料的制备:
4. 研究创新点
与前人的研究相比,本实验在NiO/CNT纳米材料外,另外包裹了一层多孔碳,在不降低其比电容的条件下,可进一步提高其稳定性与其他电化学性能。
5. 研究计划与进展
2018.1:查阅文献,确定课题方案,准备实验所需的仪器设备
2018.2:完成nio/cnt纳米材料的制备
2018.3:完成多孔碳对nio/cnt纳米材料的包裹
