摘要
近年来，超级电容器凭借其优异的能量及功率密度、卓越的循环稳定性能和对生态友好的特性而在储能领域受到了极大的关注。为了充分发挥超级电容器作为储能器件的潜力，科研工作者将许多研究都聚焦于改善其电极材料的电化学性能上。钴铝水滑石(CoAl-LDH)由于具有多种氧化还原态，独特的层状结构能提供丰富的电化学活性位点、环境友好性而被认为是用于制备高性能超级电容器中最有前景的电极材料之一。然而许多通过传统共沉淀法以及水热法制备的钻铝水滑石基材料都发生了明显的团聚现象，这无疑会对其电化学性能造成不利的影响。本文利用微撞击流反应器(MISR)在强化微观混合方面的诸多优势，通过MISR共沉淀法并结合水热法成功制备了形貌较为规整、电化学性能较为良好的钴铝水滑石及其复合材料。主要结论如下: (1)利用MISR共沉淀法制备了CoAl-LDH材料并确定了其最佳工艺条件:进料流量为120mLmin-1、钴铝摩尔比为2∶1、陈化时间为5h、碳酸钠添加量为8.20wt％。在最佳工艺条件下，CoAl-LDH电极材料在电流密度为1Ag-1时，表现出618.2Fg-1的初始比电容值，并且在循环充放电2000圈后，其容量保持率可达89.2％。而在相同工艺和测试条件下通过传统搅拌槽反应器(STR)制备的CoAl-LDH材料的初始比电容值和循环稳定性分别仅为563.6Fg-1和50.8％。 (2)在MISR共沉淀法制备钴铝水滑石的最佳工艺条件的基础上，通过MISR将CoAl-LDH材料均匀负载在氧化石墨烯(GO)上，之后通过水热法将GO还原，成功制得CoAl-LDH/rGO复合材料。在水热温度为140℃、水热时间为6h、GO添加量为0.77wt％的条件下，所制得的CoAl-LDH/rGO复合电极材料电化学性能最佳。在此条件下，复合电极材料在电流密度为1Ag-1时，表现出998.2Fg-1的初始比电容值，并且经过5000圈的循环充放电后，其容量保持率可达97.9％。随后将CoAl-LDH/rGO作为正极材料，活性炭作为负极材料组装了CoAl-LDH/rGO//AC不对称超级电容器器件(ASC),并在0.5Ag-1的电流密度下考察了其电化学性能，ASC器件表现出了36.3Fg-1的初始比电容值并且经过5000圈的循环充放电后，其容量保持率可达91.5％。 (3)以MISR共沉淀法制备CoAl-LDH材料的最佳工艺条件为基础,通过MISR将镍元素掺杂进CoAl-LDH材料中，制备了NiCoAl-LDH材料并明确了最佳镍钴铝摩尔为0.667∶1.333∶1。在最佳镍钴铝摩尔比的条件下，NiCoAl-LDH材料在电流密度为1Ag-1时，表现出1229.1Fg-1的比电容值，循环充放电1000圈后，电容保持率为97.0％。
NETL