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多孔石墨烯//MOF衍生过渡金属磷化物非对称超级电容器的应用
张洪雪1
作者信息
摘要
便携式电源在移动电子产品、电动汽车等行业的需求日益增长，促进了人们对高效储能器件的探索。超级电容器由于功率密度高、充放电速度快、循环寿命长等优点受到了研究人员广泛关注，但超级电容器较低的能量密度制约了其商业化应用。从能量密度公式E=1/2 CV2可知，能量密度与电极材料的比电容（C）和工作电压区间（V）有关。因此，可通过组装非对称超级电容器来提高工作电压以及制备高比电容的电极材料来提高超级电容器的能量密度。本文从非对称超级电容器的负极和正极材料出发，通过微波法制备褶皱状的多孔石墨烯作为负极材料；通过水热反应和低温磷化制备出以金属有机骨架为前驱体的过渡金属磷化物作为正极材料，通过构筑非对称型超级电容器提高能量密度，并将研究结果总结如下： （1）以高锰酸钾为活化剂前驱体，将石墨烯分散液与高锰酸钾溶液混合后进行微波加热反应，利用产生的二氧化锰颗粒作为“间隔剂”，能够有效防止石墨烯的堆积和团聚。在高温热解过程中，二氧化锰可作为活化剂形成中孔和大孔，最终制备出褶皱状的多孔石墨烯材料。探究高锰酸钾添加量和热解温度对多孔石墨烯的微观形貌和电化学性能影响。经条件优化后制备的多孔石墨烯（OPG2-600）在三电极体系下具有较高的比电容（0.5 A g-1时比电容为363.3 F g-1）和良好的倍率性。并且OPG2-600组装的对称型超级电容器，在1 M Na2SO4电解液中展现出高体积能量密度（19.2 Wh L-1）和出色的循环稳定性（10000次循环后容量可保持92.1%）。 （2）在室温下合成锌钴双金属有机骨架（Zn/Co ZIF），利用Ni(NO3)2·6H2O在水热条件下进行刻蚀形成中空结构的 Zn/Co ZIF@CoZnNi-2-OH 复合材料，通过低温磷化得到过渡金属磷化物（CoZnNiP/C）材料。探究六水合硝酸镍添加量对金属磷化物微观形貌和电化学性能影响。经条件优化后制备的过渡金属磷化物（CoZnNiP/C-2）在三电极体系中具有较高的比容量（1 A g-1时比容量为760 C g-1）和良好的循环稳定性（经8000圈循环测试后容量保持89.8%）。 （3）以制备的Zn/Co ZIF@CoZnNi-2-OH和CoZnNiP/C-2作为正极材料与合成的多孔石墨烯 OPG2-600 作为负极材料组装非对称超级电容器进行电化学性能研究。组装的OPG2-600//Zn/Co ZIF@CoZnNi-2-OH非对称超级电容器能量密度为30.0 Wh Kg-1，5000次循环后容量保持 50.5%；组装的 OPG2-600//CoZnNiP/C-2 组装的非对称超级电容器能量密度为32.9 Wh kg-1，在5000次循环后容量保持104.5%，具有优异的循环稳定性。
关键词
非对称超级电容器/负极材料/多孔石墨烯/正极材料/过渡金属磷化物/金属有机骨架/制备工艺/能量密度引用本文复制引用
授予学位
硕士学科专业
化学工程导师
吴小亮/汪长宏学位年度
2022学位授予单位
东北林业大学语种
中文中图分类号
TM