【摘 要】
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为了解决环境污染和能源危机等问题,能源转换和储存装置引起了人们的极大关注,特别是能源存储装置,如何将有限的能源进行存储是当下亟需解决的问题。超级电容器是一种新型储能装置,它具有充放电过程快、功率密度大、可逆性好等优点,受到广泛关注。电极材料是超电容性能优良与否的关键,钴基化合物具有化学稳定性好、导电性能好的特点,但把它作为超级电容器电极材料时依然存在比表面积较小、活性位点较少等问题,限制了它的实际
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为了解决环境污染和能源危机等问题,能源转换和储存装置引起了人们的极大关注,特别是能源存储装置,如何将有限的能源进行存储是当下亟需解决的问题。超级电容器是一种新型储能装置,它具有充放电过程快、功率密度大、可逆性好等优点,受到广泛关注。电极材料是超电容性能优良与否的关键,钴基化合物具有化学稳定性好、导电性能好的特点,但把它作为超级电容器电极材料时依然存在比表面积较小、活性位点较少等问题,限制了它的实际应用,因此本文将钴基与生物质炭进行复合,以此发挥钴基和生物质炭的协调作用,提高其整体的超级电容性能,使钴基/生物质炭具有很好的电极材料应用前景。另一方面,将生物质炭作为载体材料,满足循环经济、绿色环保的要求,同时也能解决农林废弃物的利用问题。研究内容主要包括以下几个方面:（1）以生物质水稻秸秆为载体,采用水热法成功合成CoO/C,并把CoO/C作为超级电容器的电极材料,探究CoO/C复合物对形貌及电容性能的影响,并且进行SEM和XRD表征以及电化学性能测试。研究结果表明:CoO均匀地分布在复合物中并与炭很好地结合。在电化学测试中,CoO/C表现出非常好的的电化学性能,在6 mol/L KOH溶液中CoO/C的比电容达到约390.63 F/g,且CoO/C电容量保持在91.2%,说明CoO/C具有较高的循环稳定性。（2）采用水热法,分别以炭化后的秸秆、竹片、碳纳米纤维作为载体材料,制备了NiCo2O4/C电极、NiCo2O4/CB电极、NiCo2O4/CNF电极,比较了不同的炭载体对NiCo2O4/C、NiCo2O4/CB、NiCo2O4/CNF的形貌和电化学性能的影响。结果表明,在不同的生物质炭载体中,以秸秆为载体的材料它的比电容最大,在扫描速率为5 m V/s下NiCo2O4/C的比电容为629.88 F/g,循环2000圈后电容保持在95.8%,说明制备的NiCo2O4/C材料具有更好的循环稳定性。将生物质炭材料和传统的碳纤维（CNF）进行比较,生物质炭具有更好的电容性能,并且绿色环保,对环境无污染。（3）探究不同的钴基氧化物对复合材料形貌和性能的影响。采用水热法,以炭化的水稻秸秆为载体,分别制备NiCo2O4/C和CoFe2O4/C复合材料。在电化学测试中,NiCo2O4/C电极材料在5 m V/s扫描速率下的比电容为629.88 F/g。CoFe2O4/C的电极材料在5 m V/s扫描速率下的比电容为458 F/g。CoFe2O4/C和NiCo2O4/C循环过后其比电容可保持其初始电容的93%和95.8%。研究表明,NiCo2O4/C具有更大的比电容和更优良的循环稳定性。（4）以生物质竹片为载体,采用水热法成功合成CoZn/C,并以其为超级电容器材料的活性物质,探讨钴基衍生物的电容性能的影响,并对CoZn/C进行XRD、SEM、TEM和XPS表征以及电化学测试。结果表明:CoZn/C电极有较好的电容性能。CoZn/C复合材料在5 m V/s时的比电容计算为757.8 F/g,经过2000圈循环后,CoZn/C电极比电容保持率分别为96.7%,CoZn/C电极材料具有更优良的电化学性能。
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