双金属氢氧化物层板的调控制备及其电化学电容性质

题名:双金属氢氧化物层板的调控制备及其电化学电容性质
作者:蒋健伟
学位授予单位:南京航空航天大学
关键词:超级电容器;;双金属氢氧化物;;调控;;赝电容;;稳定性
摘要:

 超级电容器具有高比功率、高比电容、高循环稳定性、低成本等优点,已广泛应用于航空航天、交通运输、电子通信等领域。双金属氢氧化物(LDHs)具有典型的类水滑石结构,能够提供较高比表面积形成双电层,且层板中过渡金属元素又可提供大量的电化学活性位来产生法拉第电容;其制备简单,成本低廉,故作为超级电容器rare earth magnets电极材料极具发展潜力。本文以具有特殊层状结构的LDHs作为研究对象,调变其层板组成与结构,由此改善其电容性能与稳定性,具体内容如下:

 (1)以甲醇、乙二醇、丙三醇为介质合成了Co-Al LDHs,获得更小更薄的LDHs纳米片。随着醇中羟基数目增加,其片层变小,性能却逐渐提高。乙二醇中制备的样品在1 A g-1电流密度下比容量达到354 F g-1。循环稳定性和其它电化学性能较水相中制备的有很大提高,丙三醇中制备的LDHs经过2000次充放电循环后容量没有衰减。

 (2)通过对层板金属离子进行调变,制备了含不同金属离子的LDHs。对三价离子影响的考察发现,In(III)、Cr(III)均能够拓宽有效电位窗口,比Al(III)的具更好的循环稳定性与大电流容量保持率,但比容量不大;而Co-Al LDHs则具有较大的比容量。Ni-Al LDHs仅能在较小的电流密度下实现较大的比容量。

 (3)以甘氨酸为模板导向剂,自组装合成了具有分级结构的LDHs,并对层板二价金属离子比例进行调配,得到兼有大孔和介孔的分级孔道结构。合成中甘氨酸的加入能明显提高LDHs的比容量和大电流下容量的保持率。Co/Ni比为3:2的Co0.6Ni0.4-Al LDHs拥有最佳的结构与电化学性能,其在1 A g-1的放电电流下比容量达到了1207 F g-1。

 (4)对普通Ni-Al LDHs在制备http://www.chinamagnets.biz/过程掺杂稀土La,得到具有结构稳定、性能优异的LDHs。其比容量在2000次大电流充放电循环后,仍能在1 A g-1充放电循环中迅速提高到近1000 F g-1,并在随后的近1800次循环中保持较缓慢的衰减速率;而未掺杂的Ni-Al LDHs在大电流充放循环后比容量衰减到了之前的30%。
学位年度:2010